Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Mecánica
Estudio de sistema de aire acondicionado para buque pesquero de altamar.
Seminario de Titulación presentado en
conformidad a los requisitos para
obtener el título de Ingeniero de
Ejecución en Mecánica.
Profesor Guía:
Sr. Jorge Gatica Sánchez
Ingeniero Supervisor:
Sr. Raúl Cáceres Horta
Rodrigo Marcelo Santander Díaz
Miguel Ángel Urra Moraga
2009
2
Resumen.
El estudio del sistema de aire acondicionado desarrollado atiende a la necesidad
que presenta la empresa (Hidrocamps). Esto llevo implementar un sistema de aire
acondicionado para el barco “Reina de la Paz”, con el propósito de tornar mas grata las
actividades y descanso de sus tripulantes.
Inicialmente se procede a identificar y conocer el producto que se extrae y de las
distintas variedades que existen. Se dio a conocer las características generales con las
que cuentan estos barcos, técnicas y maniobras que se realizan al momento de la
extracción. Luego se procede a identificar las descripciones del buque, las características
principales, la distribución de su habitabilidad, la orientación de diseño y la ruta de
navegación por la que se desplaza el barco en sus faenas.
Para comenzar el estudio se recurrió a los principios de trasferencia de calor, aire
acondicionado, propiedades termodinámicas referentes al aire húmedo y finalmente el
tema de ventilación.
Teniendo los principios claros se procede a definir los parámetros de diseño que
serán la base de los cálculos posteriores. También se procede a identificar y medir los
materiales que componen la estructura del barco, llegando a conocer los valores finales
de cargas térmicas de los camarotes.
Se simplifica el cálculo de las cargas mencionadas utilizando software de
ingeniería, en este caso el EES (Engineering Equations Solver). Este nos proporcionó
todas las variables y resultados para las condiciones iniciales del proyecto. Resueltas
nuestras variables se procede a la selección de equipos.
Este trabajo concluye con el diseño del sistema de aire acondicionado para este
buque.
3
Índice.
Resumen .............................................................................................................. 2
Introducción ....................................................................................................... 5
Objetivos ............................................................................................................. 6
La Empresa.............................................................................................................. 7
Capitulo 1
1.1. Procesos de pesca........................................................................................... 8
1.2. Métodos......................................................................................................... 11
1.2.1. Pesca por arrastre.............................................................................. 11
1.2.2. Pesca por cerco................................................................................. 12
Capitulo 2
2.1. Descripción del buque..................................................................................... 14
2.2. Orientación y ruta de navegación.................................................................... 19
Capitulo 3
3.1. Características del sistema de aire acondicionado.......................................... 21
Memoria de cálculo ....................................................................................... 23
Descripción del recinto donde se instalará el aire acondicionado...................... 24
Descripción de los materiales y espesores de las superficies del recinto donde se instalara aire acondicionado........................................................................... 29
Condiciones de diseño.................................................................................. 29
Identificación de las partes del barco.............................................................. 30
Paneles de cubierta....................................................................................... 31
4
Cálculo de transferencia de calor de las superficies del camarote N°1 a modo de ejemplo....................................................................................................... 32
Puentes térmicos......................................................................................... 43
Cálculo de transferencia de calor por radiación.............................................. 45
Cálculo de la carga de la iluminación.................................................................... 46
Cálculo de calor emitido por las personas...................................................... 47
Transferencia de calor del camarote N°1 a modo de e jemplo......................... 48
Cargas totales de los camarotes a acondicionar............................................. 49
Cálculo de las propiedades termodinámicas a través de programa EES.......... 51
Distribución y cálculo de los ductos............................................................... 65
Difusores utilizados en los ductos……………………………………………….…… 72
Disposición final de la instalación de ductos................................................... 73
Esquemas de la salida del equipo a la red de ductos……...……………… 79
Conclusión ................................................................................................................ 80
Bibliografía ...................................................................................................... 82
5
Introducción.
En la industria pesquera es muy común la pesca de atún, sardina, jurel, bacalao y
otros productos del mar, que son extraídos a través de barcos pesqueros, los cuales
dependiendo de la zona de pesca se enfrentan a distintas condiciones climáticas. Estas
condiciones climáticas pueden causar distintos efectos en los tripulantes del barco, como
agotamiento, agobio, saturación, estrés, cansancio, etc. Lo que puede ser causado por
demasiado frío o condiciones totalmente opuestas como demasiado calor. Esto va
acompañado de la humedad, propiedad dependiente del lugar geográfico.
Para modificar convenientemente tales condiciones pueden considerarse dos temas,
como son la “calefacción” y “aire acondicionado”. Centraremos nuestra atención en el aire
acondicionado, con el fin de poder aplicar al barco estos principios.
El barco analizado en este trabajo es “El Reina de la Paz”, el cual es destinado a la
pesca del atún y sus rutas de navegación se encuentran en condiciones ambiéntales
tropicales. En él se estudia la implementación de su sistema de aire acondicionado, cual
será su distribución, decidir que equipos utilizar y su capacidad.
Con este estudio se espera mejorar la habitabilidad del barco estableciendo
condiciones de confort térmico.
6
Objetivos.
General.
• Estudiar un sistema adecuado de aire acondicionado para el
barco “Reina de la Paz”.
Especifico.
• Analizar los requerimientos y las condiciones de diseño,
cumpliendo con las necesidades impuestas según:
1. Las características del buque.
2. Zonas de navegación.
3. Requerimientos del usuario.
4. Condiciones de operación del equipo seleccionado.
5. El espacio disponible para la instalación del equipo.
• Mediante un análisis y estudio poder establecer las
características y disposición del sistema a implementar.
• Mostrar una estimación económica del valor final del proyecto.
7
La Empresa.
Hidrocamps:
Misión: Hidrocamps Ltda. Es una empresa de servicios con cobertura nacional que
satisface las necesidades del sector industrial y pesquero en las áreas de mantención,
desarrollo de ingeniería y proyectos tanto navales como terrestres.
Visión: Es una empresa competitiva y consolidada en el sector industrial, como
consecuencia de la eficacia y eficiencia de los procesos Internos, infraestructura
adecuada para desarrollar servicios, integración de nuevas tecnologías y personal
altamente comprometido con los valores de la empresa.
Existe compromiso de gerencia con su sistema de gestión de calidad, basado en la
Norma Internacional ISO 9001:2000, por lo cual:
• Entrega los recursos necesarios para mejorar continuamente sus procesos
internos apoyado por la calidad de la mano de obra e infraestructura y la
integración de nuevas tecnologías.
• Trabaja en la seguridad, prevención de riesgo y salud ocupacional de todo el
personal, sobre la base del cumplimiento de las normas, leyes y reglamentos
vigentes.
Hidrocamps Ltda. Esta ubicada en Avda. Pedro Montt ...# 601 San Vicente en
Talcahuano.
8
Capitulo 1.
1.1 Procesos de pesca.
Generalidades.
Desde que el hombre se dejó llevar por la corriente sobre un tronco dirigido con sus
manos, reconoció la importancia de poder flotar[8], llegando a diseñar distintos tipos de
navíos, llegando finalmente a la creación de un barco.
Siempre el hombre ha tenido como objetivo utilizarlos para asegurar su subsistencia
por medio de la pesca. Esta pesca con el paso de los años aumento, de igual forma que
la construcción de barcos, dando inicio a la industria pesquera. A medida que las
actividades de la industria pesquera crecieron y aumentaron en importancia y en
complejidad, las embarcaciones tuvieron que incrementar su potencia y adaptarse a las
necesidades específicas que les exigía cada modalidad de la pesca; es decir, tuvieron
que ser construidas expresamente para ella. Todo esto fue dando paso para que la
industria pesquera sea hoy en día una de las que genera mayores ingresos a nivel
mundial.
La pesca de Túnidos : su importancia.
La pesca e industria atunera[9] representa el renglón pesquero más importante a
nivel mundial, no obstante que la producción es sólo ligeramente superior al 2,5% de las
capturas mundiales totales.
La pesca mundial de túnidos sobrepasa los dos millones de toneladas métricas
(TM). De esa captura mundial, las cinco especies más importantes son:
• Rabil o atún aleta amarilla
• Patudo u ojo grande
• Atún blanco o albacora
• Atún rojo o aleta azul
9
Los atunes son especies altamente migratorias, durante el recorrido atraviesan los
territorios de varios países, así como zonas de alta mar que no pertenecen a ningún país
en particular.
El atún.
El más grande de los atunes[13], el atún rojo, vive en los océanos Atlántico y
Pacífico y en el mar Mediterráneo; puede alcanzar 3 m de longitud y un peso de más de
700 kg. Realiza grandes migraciones y es un gran predador que se alimenta
fundamentalmente de peces y crustáceos. Su carne roja es muy sabrosa y se consume
tanto fresca como en conserva. El atún de aletas amarillas o atún rabil vive tanto en el
Atlántico como en el Pacífico e Índico. La albacora o atún blanco, un pez de carne
excelente, también presenta una distribución generalizada y puede alcanzar 1,2 m de
longitud. Su carne es blanca y no roja. El patudo es un atún que se distribuye por el
Atlántico tropical y puede alcanzar una talla de 2 m. El atún listado vive también en los
tres grandes océanos (Atlántico, Pacífico e Índico). Se caracteriza porque los flancos y el
vientre, de color plateado, presentan unas líneas longitudinales oscuras.
Fig. 1.1 El atún rojo.
10
Barcos atuneros .
Los barcos atuneros[9], son barcos que navegan en su gran parte por el atlántico,
donde encuentran las mayores cantidades de atún en el mundo. Estos barcos son todos
de características similares, requieren de bodegas congeladas donde almacenar la pesca,
cuentan con un área en la que instalan los equipos y accesorios según la modalidad de
pesca que tengan, cuentan con grandes redes y grúas y cuentan con camarotes para el
descanso de la tripulación de estos barcos. Para la conservación del atún, estos barcos
llevan tanques especiales.
Los modernos atuneros, son barcos que operan una "red de cerco" con la que
pueden capturarse varias toneladas; miden más de 50 metros de eslora 1 y desplazan 1
000 toneladas. Están dotados de instalaciones frigoríficas que llegan hasta 40 °C bajo
cero y van dotados de motores muy poderosos, ya que precisan de grandes velocidades y
de enorme autonomía. Cuentan con los aparatos detectores correspondientes, que
facilitan la localización de los bancos de peces, y muchos de ellos incluyen un helicóptero
para este fin.
Fig. 1.2 Esquema de barco atunero congelador prototípico.
1 Eslora: es la dimensión de un navío tomada a su largo, desde la proa hasta la popa.
11
1.2 Métodos.
Técnicas de pesca.
En la pesca comercial se pueden distinguir artes pasivas y activas [9]; entendemos por
artes pasivas aquellas que se basan en esperar a que la presa se enrede en el aparejo o
pique el anzuelo por si misma. Por el contrario, las artes de pesca activas tratan de
capturar las presas yendo al lugar en el que se encuentran. Las artes de pesca activas,
sobre todo las de arrastre, han ido incorporando a lo largo del tiempo avances
tecnológicos, incrementando así su rendimiento y capacidad pesquera. Esto no es tan
notorio en las artes pasivas, salvo lo que concierne a las dimensiones de redes y
aparejos. Sin embargo, desde el punto de vista económico y del impacto sobre los
recursos pesqueros, hay artes que predominan: El arrastre, el más significativo, el cerco
(con su aplicación en la pesca oceánica), palangre 1 y las redes de deriva. Otros tipos de
pesca están en franca decadencia y tendientes a desaparecer, como es el caso de la
pesca artesanal.
A continuación se describirán los dos procesos de pesca mas ultimados por los
barcos atuneros.
1.2.1 PESCA POR ARRASTRE.
La pesca de arrastre[8,9] de fondo consiste en remolcar un gran saco de red, con dos
puertas metálicas para mantenerlo abierto, por el lecho marino, para la captura de
variadas especies. La red de arrastre captura todo lo que se encuentra a su paso, ya sean
peces, invertebrados o cualquier otro organismo; las puertas y cadenas metálicas, que se
fijan a la parte inferior de la red para evitar que ésta flote, provocan la destrucción del
sustrato y las comunidades vegetales del fondo marino, con efectos que pueden llegar a
ser irreversibles.
1 Palangre: Básicamente consiste en una línea, en la que un aparejo o caja llevan una serie de anzuelos unidos a la línea principal, alcanzan profundidades de hasta 3000 metros.
12
En un solo arrastre pueden capturarse más de 50 especies diferentes, muchas de
las cuales carecen de interés comercial y son descartadas.
1.2.2 PESCA POR CERCO:
El cerco trabaja en la superficie y concentra por medio de luces los cardúmenes de
pescado azul. Va estableciendo un cerco[8,9] sobre el banco de peces con barcos y redes,
hasta conseguir atraparlo en un espacio reducido. Al tratarse de peces migratorios, las
capturas son más irregulares. Se trata de una pesquería más inestable y menos rentable
que la del arrastre, pero sus consecuencias no son tan graves; sin embargo, el estado
actual de escasez en el que se encuentran los recursos pesqueros, hace de este tipo de
pesca un factor más de abuso en el Mediterráneo. La pesca oceánica, está dirigida
principalmente a la pesca de túnidos, aunque captura también numerosas especies
asociadas, principalmente tiburones y algunas especies de mamíferos y reptiles marinos.
La pesca de túnidos tiene gran tradición en el Mediterráneo, capturándose el atún
rojo desde épocas muy antiguas con el arte de almadraba 1. En la actualidad esta especie
es capturada con grandes cerqueros que faenan en todas las aguas del Mediterráneo y
con palangres de superficie. La segunda especie en importancia es el pez espada,
capturado principalmente con palangre de superficie, pero habiéndose generalizado la
pesca con redes de enmalle 2 a la deriva, aunque estas están prohibidas o reguladas en
algunos países.
1 Alambrada: es una estructura de alambre, normalmente de acero, separada por postes de madera o metal, destinada a delimitar terrenos, encerrar ganado, demarcar propiedades, etc.
2 Enmalle: es un conjunto de redes, que son de finos filamentos que se calan en o sobre la superficie con la ayuda de numerosos flotadores y plomos o pesos y que mantienen su posición al ser ancladas.
13
Fig. 1.3 Pesca por cerco.
Las embarcaciones que faenan al cerco para atún rojo y atún blanco, lo hacen en
caladeros alejados de la costa, en mar abierto y siguiendo las migraciones de esas
especies, así como aprovechando la entrada de las mismas en el Mediterráneo para la
puesta.
Cuando los barcos pesqueros se alejan más de la costa, la pesca tiene que ser
conservada a bordo durante días, y para esto es necesario habilitar medios más
adecuados para conseguir la conservación y el almacenamiento en frío, lo cual se logra
con el simple empleo de hielo mezclado con la pesca, o estableciendo instalaciones
frigoríficas, en las que la pesca se congela a muy bajas temperaturas, menos de 40°
centígrados.
14
CAPITULO 2.
2.1. Descripción del buque.
El barco pesquero[11] “Reina de la Paz”, es un barco destinado a la pesca del atún,
pertenece a la pesquera Mar Pacífico Tuna S.A. Su dueño es Sr. Diego Miletic y su puerto
de registro es Panamá. Tiene una capacidad de 2.100 m³, su eslora es de 91,00 m., su
manga de 12,19 m. Y su puntal 3 de 8,80 m.
Este barco cuenta con bodegas para la conservación de peces y congelados. La
capacidad que este barco tiene en sus bodegas es de 2.100 m³ y cuenta con 20 en total,
las que están distribuidas bajo la cubierta principal. Estas bodegas son refrigeradas con
un motor principal a popa y bulbo en proa.
Este barco es destinado a la pesca del atún como principal objetivo. Su modalidad de pesca es de cerco. Su clasificación es ABS � A1CON QUE FISHING VESSEL �AMS.
1 Popa: Parte posterior o trasera de una embarcación.
2 Proa: Parte delantera de una embarcación.
3 Puntal: Es la medida vertical desde el canto superior de la quilla hasta la unión del la traca de cinta con la cubierta principal.
Fig. 2.1 Dibujo del barco “Reina de la Paz”.
POPA1 PROA 2
15
.
El barco cuenta con un casco hecho de acero, a diferencia de este la cubierta de botes
y puente de gobierno están hechas de aluminio, con el fin de reducir el peso del navío.
Esto ha generado problemas de estabilidad dentro de la nave, por lo ligero que este es a
diferencia de otros barcos que son más robustos.
Características principales [11].
Eslora total 91,00 m.
Eslora entre perpendiculares 81,69 m.
Puntal a la cubierta superior 8,80 m.
Puntal a la cubierta principal 6,45 m.
Manga1 12,19 m.
Calado 2 (Aprox.) 6,00 m.
Capacidad combustible 533 m³
Capacidad del Bodegas 2.100 m³
Tripulantes 26 pers.
Velocidad (Aprox.) 15 km
1 Manga: es la medida del barco en el sentido transversal, es decir de una banda a otra. 2 Calado: es la distancia vertical entre un punto de la línea de flotación y la línea base o quilla.
Fig. 2.2 Foto del barco “Reina de la Paz”.
16
La habitabilidad del barco está distribuida en la cubierta superior y cubierta de
botes, en donde se distribuye la tripulación. Esta cuenta con 26 personas a bordo,
incluyendo en ellas al capitán, el navegador, piloto del helicóptero, mecánico del
helicóptero, el armador, el jefe de máquinas y tripulantes en general.
Dentro de la cubierta superior se encuentra la cocina, la bodega de víveres y el
comedor del barco, la lavandería, la enfermería, camarotes y una sala que está destinada
para la instalación de los equipos de aire acondicionado. Todos estos están conectados
por un pasillo principal como se muestra en la siguiente figura.
Fig. 2.3 Vista en corte de la cubierta superior[11].
En este trabajo no se considera aire acondicionado para la cocina, pañol de víveres,
lavandería y enfermería. Esto se decide, ya que por norma no puede conectarse al
sistema central que entregará el aire acondicionado. Se evita así infecciones o
propagación de enfermedades a través de la red principal. La solución más práctica seria
colocar un equipo independiente que satisfaga la necesidad de ese recinto.
1 Babor: Lado o costado izquierdo de la embarcación mirando de popa a proa.
2 Estribor: Banda derecha del navío mirando de popa a proa.
Comed Cocin Despens
EnfermeríEstar jefe
de
Pasillo
Camarote
Sala de aire
acondicionCamarote Camarote
Lavanderí
Pañol
de BABOR1
ESTRIBOR 2
PROA POPA
17
Dentro de la cubierta de botes que está ubicada sobre la cubierta superior se
encuentran el puente de gobierno, sala de cartas, camarotes del capitán, camarotes del
armador, camarote del navegador, camarote del piloto y mecánico del helicóptero y
respectivas salas de estar. También cuenta con un pasillo que conecta cada camarote. La
distribución general se ve en la siguiente figura.
Fig. 2.4 Vista en corte de la cubierta de botes[11].
Esta cubierta (Fig. 2.4) está hecha de aluminio a diferencia del resto del barco. La
carga térmica en la zona de puente de gobierno es más crítica que en el resto, ya que
posee una gran área de ventanas y su superficie está expuesta al sol, sumado a esto el
calor que aportan los equipos que ahí se encuentran y las personas que controlan estos
equipos. En la cubierta de botes se analizarán todas las piezas mostradas en la figura 2.4.
Camarote
del capitán
Camaro
te
Estar
armad
Estar
Capitá
Puente de
gobierno
Camaro
te
Pasillo
Camaro
te
Estar
navega
Sala
de
BABOR
ESTRIBOR
PROA POPA
18
Fig 2.5. Vista en corte de la cubierta de Botes y su perfil[11].
19
2.2. Orientación y ruta de navegación.
• Orientación:
En la implementación de equipos de aire acondicionado es de gran importancia el
tema de la orientación[11] que el barco “Reina de la Paz” tendrá en su etapa de diseño.
Esto con el fin de ver como la exposición al sol afecta a este mismo. Para esto se ha
utilizado una orientación mostrada en la figura 2.6., que es la condición mas critica para
este estudio.
Fig. 2.6. Orientación del barco para nuestro estudio de A.A.
Observación: Estos datos fueron sacados de recomendaciones marítimas[10,11] que nos
proporcionó la empresa, a través de la experiencia y que serán utilizadas para el cálculo
de la climatización dentro del barco (radiación solar).
20
• Ruta de navegación .
Las rutas de navegación[11] que el barco “Reina de la Paz” utiliza en su trabajo de
pesca es generalmente el mostrado en la figura 2.7. Este es un esquema que se logro
trazar basado en información proporcionada por la empresa.
El barco “Reina de la Paz” dentro de su ruta de navegación llega a distintos puertos de
países como Perú, Ecuador, Venezuela, etc.
Fig. 2.7. Ruta de navegación del Barco “Reina de la Paz”.
21
CAPITULO 3.
3.1. Características del sistema de aire
acondicionado.
En este proyecto, se utiliza un sistema de aire acondicionado semicerrado con
recirculación de aire. La recirculación de aire[5,6,7] consiste en que después de que el aire
pasa por los camarotes, una parte importante de este aire que ya fue utilizado se vuelve a
reutilizar y es devuelto al equipo acondicionador, esto se hace porque este aire se
encuentra en condiciones más cercanas a las que se desea inyectar a los camarotes. El
sistema de recirculación de aire se usa fundamentalmente para reducir
considerablemente la capacidad de enfriamiento que debe tener el equipo, mezclando
aire recirculado con el aire exterior, para que no se sature el aire que se esta
suministrando a las habitaciones.
Para el propósito de acondicionar los camarotes se utilizará un equipo que se
denomina “Fan Coil”[4], el cual consiste básicamente en un serpentín de refrigeración o de
agua de mar fría y una ventilación en la cual el aire es tratado para luego ser
suministrado a la habitabilidad. Esta parte de la distribución a los distintos camarotes y
salas de estar, se realiza a través de ductos de ventilación los cuales entregan la carga de
aire que cada camarote necesita para su acondicionamiento final.
El agua fría con la cual funcionan los equipos, es extraída de la sala de
refrigeración, en la cual son congelados los atunes para su conservación.
22
Fig. 3.1. Ejemplo de esquema de ductos en Cubierta Superior.
Una vez que el aire es utilizado en cada una de las habitabilidades, no es extraído
por un sistema de ductos, en la cubierta principal, sino es expulsado hacia el pasillo y de
esta manera tiene directa conexión con la habitación en la cual se encuentra el equipo.
Así se puede obtener el aire para la recirculación en el sistema y el aire que no se
recircula o se vota al exterior es eliminado por las puertas que se encuentran en los
extremos del pasillo del barco. Se optó por esta forma de diseño porque el barco no
contaba con las dimensiones adecuadas para poder construir el sistema de extracción de
aire
En la cubierta de botes se utilizarán de igual forma los ductos de inyección de aire
para acondicionar los camarotes. La extracción de aire será en forma natural, por rejillas
que se encuentran en las puertas de cada camarote, las que dan al pasillo y de esta
forma ocurrirá su recirculación.
23
Memoria de cálculo.
Metodología.
En la siguiente memoria de cálculo se representan esquemáticamente la
distribución de paredes y superficies, que existe dentro de cada camarote o habitación de
este barco.
Para esto se identifica las paredes que componen cada camarote, con el fin de
describir los materiales y espesores que tiene cada muro, techo, puerta, ventana y piso.
Estos datos serán de gran ayuda para el tema de la transferencia de calor en el recinto.
Otro de los datos a considerar al momento de instalar aire acondicionado es ver a
que tipo de condiciones están expuestos los locales adyacentes. Definir las condiciones
de diseño que se utilizarán para este estudio (t° b ulbo húmedo, t° bulbo seco, humedad
relativa, etc.).
Definir la orientación cardinal o ruta de navegación que este barco tendrá.
Definir el tipo de instalación que deseamos instalar en el recinto a acondicionar.
Cálcular la carga que se desea acondicionar, para posteriormente seleccionar los
equipos que van a satisfacer las condiciones calculadas como confortables.
Por ultimo definir como se distribuye el aire acondicionado y qué impacto
económico puede tener en este proyecto.
24
Descripción del recinto donde se instalará el aire acondicionado.
Para el estudio de aire acondicionado, se muestra la distribución de locales, a través
de sus planos y esquemas 3D[11].
NOTA: los esquemas 3D son una guía para mostrar la distribución de cada
camarote y las áreas de cada superficie. Las ventan as y puertas son esquemáticas,
no se asemejan a la realidad.
Cubierta Superior.
Cubierta Botes.
1 2 3 4
5 6 7 8 9
Comedor
Coci
10 11
13
12
14 (Puente de
Gobierno)
15 16 17 18
25
26
27
28
Camaro te N°14
29
Descripción de los materiales y espesores de las su perficies del
recinto donde se instalará aire acondicionado.
En los siguientes esquemas y cálculos se muestran los espesores, resistencias
que oponen los materiales y los distintos parámetros a utilizar en la determinación del
coeficiente global o total de transferencia de calor de las diferentes superficies.
Condiciones de diseño.
En la siguiente tabla se muestran las condiciones o parámetros que serán
utilizados posteriormente para los cálculos del proyecto. Estos datos fueron extraídos del
manual de Carrier[6], de normas ASHRAE[12] y recomendaciones marinas[10].
Temperatura de la habitabilidad 20
Humedad de la habitabilidad 50%
Temperatura exterior 35
Humedad especifica exterior 95%
Temperatura del puente de pesca 25
Temperatura del pasillo 25
Temperatura en el interior de los baños 30
Velocidad del viento 10
Renovaciones de aire recomendadas 5 a 20 por hora.
Presión atmosférica (Diseño) 101,3 (kPa)
Temperatura de agua de refrigeración disponible 4 °C
30
• Identificación de las paredes del barco.
En los siguientes esquemas se muestran las paredes del barco, identificando con
distintos colores cada una de ellas[11].
Pared exterior de la cubierta superior.
Pared del pasillo. (Babor)
Pared del pasillo. (Estribor)
Despensas conservadoras de víveres.
Pared exterior de la cubierta de botes.
Pared del pasillo. (Babor)
Pared del pasillo. (Estribor)
31
Paneles de cubierta.
A continuación se mostraran la conductividades de los paneles que componen las cubiertas de la habitabilidad, estos valores serán utilizados para el análisis de la transferencia de calor que existe en cada recinto en estudio.
• Panel Isoliber 25B-15:
Conductividad térmica
⋅=
⋅⋅=Km
WKhm
Kcal
2
2
104,186,0
95,0
• Panel Isoliber 2B-15:
Conductividad térmica
⋅=
⋅⋅=Km
WKhm
Kcal
2
2
93,086,0
8,0
• Panel Autoportable:
Conductividad térmica
⋅=
⋅⋅=Km
WKhm
Kcal
2
2
93,086,0
8,0
Nota:
� Los valores de la conductividad térmica de los paneles y el techo de los camarotes fueron entregados por un proveedor de la empresa, estas fichas se encuentran en el anexo N°12.
32
Cálculo de transferencia de calor de las superficie s del camarote N°1 a modo de ejemplo.
Para el cálculo de la transferencia de calor que existe en cada camarote fueron utilizados el anexo N°1 (transferencia de calor), c on sus respectivas formulas, tablas y diagramas, también los anexos N°5 de conductividad de los materiales y N°6 de los factores de convección.
Cubierta superior.
• Pared exterior del Barco de la cubierta superior.
Elemento Espesor e(m)
Conductividad térmica λ )
Resistencia térmica
R
Acero 0,01 50 0,0002
Cámara de Aire 0,1 0,588 0,18
Lana Mineral 0,05 0,052 0,961
Panel Isoliber 25B-15 0, 025 0,022 1,104
Resistencia térmica total 2,245
C am ara de A ire
E xte rio r In te rio r
A ceroP ane l
Lana M ine ra l
33
• Convección:
Velocidad del viento:
=s
mV 10 ;
=⋅+=Km
WVhe 28,4548,5
Exterior
===
W
Km
he
2
02,08,45
11
Interior
⋅==W
Km
hi
2
12,01
• Cálculo del coeficiente global o total de transferencia de calor.
he
e
hiU
111 ++=λ
; λe
R T =
⋅=++=W
Km
U
2
385,202,0245,212,01
⋅=
Km
WU
2419,0
34
• Pared del pasillo. (Babor)
Elemento Espesor e(m)
Conductividad térmica λ )
Resistencia térmica
R
Aluminio 0,006 210 0,000028 Cámara de Aire 0,05 0,277 0,18
1,104 2 Panel Isoliber 25B-15 0,025 0,022 1,104
Resistencia térmica total 2,388
C am ara de A ire
Interior Pasillo
Paneles
A lum in io
• Convección:
Interior no acond.
⋅==W
Km
hi
2
'' 12,01
Interior
⋅==W
Km
hi
2
12,01
• Cálculo del coeficiente global o total de transferencia de calor.
''
111hi
e
hiU++=
λ ;
λe
RT =
⋅=++=W
Km
U
2
628,212,0388,212,01
⋅=
Km
WU
238,0
35
• Techo de Cubierta Superior.
Elemento Espesor e(m)
Conductividad térmica λ )
Resistencia térmica
R
Acero 0,01 50 0,0002 Lana Mineral 0,05 0,052 0,961
Panel Autoportante 0,05 0,053 0,93
Cámara de Aire
0,2 0,15
1,111 0,833
0,18 0,18
InteriorExterior
Camara de Aire
Lana Mineral
Techo Autoportante
Acero
• Convección:
Velocidad del viento:
=s
mV 10 ;
=⋅+=Km
WVhe
28,4548,5
Exterior
===
W
Km
he
2
02,08,45
11
Interior no acond.
⋅==W
Km
hi
2
''17,0
1
Interior
⋅==W
Km
hi
2
17,01
36
• Cálculo del coeficiente global o total de transferencia de calor.
Techo con lana mineral:
he
e
hiU
111
1
++=λ
; λe
RT =
⋅=++=W
Km
U
2
1
261,202,0071,217,01
⋅=
Km
WU
21 442,0
Techo con cámara de Aire:
''2
111
hi
e
hiU++=
λ ;
λe
R T =
⋅=++=W
Km
U
2
2
45,117,011,117,01
⋅=
Km
WU
22 689,0
37
• Piso de Cubierta Superior.
Elemento
Espesor e(m)
Conductividad térmica λ )
Resistencia térmica
R
Acero 0,01 50 0,0002
Plástico 0, 005 0,75 0,006 Cemento 0,02 1,73 0,012
Resistencia térmica total 0,018
Lana Mineral Acero
Cemento
Plastico
Exterior
Interior
• Convección:
Velocidad del viento:
=s
mV 10 ;
=⋅+=Km
WVhe
28,4548,5
Exterior
===
W
Km
he
2
02,08,45
11
Interior
⋅==W
Km
hi
2
17,01
• Cálculo del coeficiente global o total de transferencia de calor.
he
e
hiU
111 ++=λ
; λe
R T =
⋅=++=W
Km
U
2
208,002,0018,017,01
⋅=
Km
WU
28,4
38
� Despensas conservadoras de víveres.
Elemento
Espesor e(m)
Conductividad térmica λ )
Resistencia térmica
R
Aluminio 0,006 210 0,000028
Poliuretano expandido 0,15 0,025 6
Fibra de vidrio 0, 005 0,052 0,096 Terciado marino 0,02 0,14 0,143
Panel Isoliber 25B-15 0, 025 0,022 1,104
Resistencia térmica total 7,343
• Panel Isoliber 25B-15:
Conductividad térmica
⋅=
⋅⋅=Km
WKhm
Kcal
2
2
104,186,0
95,0
• Convección:
Interior no acond.
⋅==W
Km
hi
2
''12,0
1
Interior
⋅==W
Km
hi
2
12,01
• Cálculo del coeficiente global o total de transferencia de calor.
''
111hi
e
hiU++=
λ ;
λe
RT =
⋅=++=W
Km
U
2
583,712,0343,712,01
⋅=
Km
WU 2131,0
39
Baño.
� Paredes.
Elemento Espesor e(m)
Conductividad térmica λ )
Resistencia térmica
R
Chapa galvanizada 0,0007 210 0,000003
Lana Mineral 0,07 0,052 1,346
PVC 0,004 0,03 0,133 Panel Isoliber 25B-15 0, 025 0,022 1,104
Resistencia térmica total 2,583
PanelPVCLana
Mineral
Chapa galvanizada
• Convección:
Interior no acond.
⋅==W
Km
hi
2
''12,0
1
Interior
⋅==W
Km
hi
2
12,01
• Cálculo del coeficiente global o total de transferencia de calor.
''
111
hi
e
hiU++=
λ ;
λe
RT =
⋅=++=W
Km
U
2
583,212,0583,212,01
⋅=
Km
WU 2387,0
40
� Techo del baño.
Elemento Espesor e(m)
Conductividad térmica λ )
Resistencia térmica
R
Acero 0,01 50 0,0002 Chapa galvanizada 0,0007 210 0,000003
Lana Mineral 0,27 0,052 5,192
PVC 0,004 0,03 0,133
Resistencia térmica total 5,325
L a n a M in e ra l
L a n a M in e ra l
A c e ro
C h a p a g a lv a n iz a d a
P V C
• Convección:
Interior no acond.
⋅==W
Km
hi
2
''11,0
1
Interior
⋅==W
Km
hi
2
11,01
• Cálculo del coeficiente global o total de transferencia de calor.
''
111hi
e
hiU++=
λ ; λ
eRT =
⋅=++=W
Km
U
2
68,211,044,211,01
⋅=
Km
WU
2373,0
41
� Piso del baño.
Elemento
Espesor e(m)
Conductividad térmica λ )
Resistencia térmica
R
Acero 0,01 50 0,0002
Chapa hierro 0,003 75 0,00004 Cámara de Aire 0,068 0,425 0,2
PVC 0,004 0,03 0,133 Resistencia térmica total 0,333
C a m a r ad e
A ir e
P V C
C h a p a d e h ie r r o
A c e r o
Convección:
Interior no acond.
⋅==W
Km
hi
2
'' 17,01
Interior
⋅==W
Km
hi
2
17,01
• Cálculo del coeficiente global o total de transferencia de calor.
''
111hi
e
hiU++=
λ ;
λe
RT =
⋅=++=W
Km
U
2
673,017,0333,017,01
⋅=
Km
WU
2485,1
42
� Ventas.
Elemento
Espesor e(m)
Conductividad térmica λ )
Resistencia térmica
R
Vidrio 0,008 1,2 0,0066
V e n ta n a
E x te r io r I n te r io r
• Convección:
Velocidad del viento:
=s
mV 10 ;
=⋅+=Km
WVhe
28,4548,5
Exterior
===
W
Km
he
2
02,08,45
11
Interior
⋅==W
Km
hi
2
12,01
• Cálculo del coeficiente global o total de transferencia de calor.
he
e
hiU
111 ++=λ
; λe
RT =
⋅=++=W
Km
U
2
1466,002,00066,012,01
⋅=
Km
WU
2821,6
43
Puentes térmicos.
Los frentes de forjado y pilares son puntos débiles desde un punto de vista
térmico, estos son mas conocidos como “puentes térmicos”. Para minimizar las pérdidas
ligadas a estos, se deben emplear materiales aislantes con el fin de disminuir o reducir las
pérdidas generadas en los lugares donde ocurren estas situaciones. Los materiales que
son utilizados como aislantes son fondos de encofrado que luego son revestidos
directamente por el acabado de la fachada.
Tanto en la cubierta principal como en la cubierta de bote ocurre lo mismo, así
como en las vigas verticales y en las horizontales. Se calculará a modo de ejemplo una
viga de la cubierta de bote, las que son de aluminio y se demostrará porque no fueron
sumadas en los cálculos generales de este estudio.
• Resistencia que opone la pared exterior del barco (vigas de la estructura del barco).
Elemento Espesor e(m)
Conductividad térmica λ )
Resistencia térmica
R
Aluminio 0,21 210 0,001
Corcho 0,01 0,035 0,285
Panel Isoliber 25B-15 0, 025 0,022 1,104
Resistencia térmica total 1,39
Esquema de la pared.
44
Cálculos.
• Convección:
Velocidad del viento:
=s
mV 10 ;
=⋅+=Km
WVhe
28,4548,5
Exterior
===
W
Km
he
2
02,08,45
11
Interior
⋅==W
Km
hi
2
12,01
• Cálculo del coeficiente global o total de transferencia de calor.
he
e
hiU
111 ++=λ
; λe
RT =
⋅=++=W
Km
U
2
53,102,039,112,01
⋅=
Km
WU 2653,0
• Área de transferencia a la que esta expuesta la viga.
( )202,001,02 mA =×=
• Carga térmica del puente.
( )WtUAQ 196,015653,002,0 =××=∆××=
Esto es aproximadamente la carga que transmite una viga en cada camarote (solo
existen 2 vigas por camarote). Este valor no llega ni al 1% de la carga total que existe por
camarote, por lo tanto estos valores serán despreciados y se compensará en el 10% de
factor de seguridad que es aplicado al valor final de la carga.
45
Cálculo de transferencia de calor por radiación.
Para el cálculo de transferencia de radiación[14] fue utilizada la ecuación 1.2 y la
tabla 1.3 del anexo 1.3 (transferencia de calor). La transferencia de radiación por las
ventanas se obtiene del anexo N°7 .
• Para la Cubierta Superior, de Acero:(Techo)
( )2115,97 mA =
• Para la Cubierta Superior, de Acero:(Muro)
( )2768,106 mA =
• Para la Cubierta de Bote, de Aluminio:(Techo)
( )282,130 mA =
• Para la Cubierta de Bote, de Aluminio:(Muro)
( )2891,79 mA =
• Para las ventanas:
( )216 mA = ; Valor máximo de la radiación =
2
8,551m
W
( )[ ] ( )WQ 1717252035442,0115,97 =+−⋅⋅=
( )[ ] ( )WQ 88,14136,162035419,0768,106 =+−⋅⋅=
( )[ ] ( )WQ 96,2291252035438,082,130 =+−⋅⋅=
( )[ ] ( )WQ 78,10576,162035419,0891,79 =+−⋅⋅=
( )WQ 9,9580363,178,551 =⋅=
46
Cálculo de la carga de la iluminación .
Para el cálculo de la iluminación debemos identificar las lámparas que son
Fluorescentes (F) y las Incandescentes (I).
• Camarotes: cada pieza cuenta con un lámpara de cabecera de 20 (W) por
cama, y una lámpara con 2 Fluorescentes de 36 (W) cada tubo.
)(243025,119442772 WF =⋅=⋅=
• Baños: Cada baño cuenta con un fluorescente de 36 (W), y una los incandescente
de 25 (W) en los espejos.
)(54025,14323612 WF =⋅=⋅=
En total la suma de toda la potencia que entregan las lámparas que existen en la
habitabilidad del barco es de:
)(37903005405202430 WTotal =+++=
)(5802029 WI =⋅=
)(3002512 WI =⋅= (*) Los Watt indicados en las lámparas Fluorescentes deben ser multiplicados por 1,25 para tener en cuenta la potencia de la reactancia.
47
Cálculo de calor emitido por las personas.
Para definir el calor que emite cada persona que está en el barco debemos
separarlas en la cantidad de tripulantes que están en el Cubierta Superior (CS) y la que se
encuentra en la Cubierta de Bote (CB), porque se encuentra realizando distintas
actividades.
CS: 21 personas, con una actividad de 116,28 (W) cada una.
CB: 5 personas, con una actividad de 139,53 (W) cada una.
En total en calor que emite toda la tripulación es de:
)(53,3139)53,1395()28,11621( WTotal =⋅+⋅=
48
Transferencia de calor del camarote N°1 a modo de ejemplo.
En las próximas tablas resúmenes se muestran un orden de cada camarote con
todas las cargas térmicas que lo afectan y también se encuentran descrita cada una
de ellas y la orientación que esta tiene respecto del barco.
Los valores que son negativos (-) son el aporte de frío que están ganando los
camarotes y los valores positivos (+) es el calor que hay que eliminar del recinto.
Camarote Nº1.
PÉRDIDAS Y GANANCIAS DE CALOR POR LA ESTRUCTURA. Superf. U ∆t Q
Designación Orientación neta (m 2) (W/m2 °C) (°C) (W)
Ventanas Noroeste 0,441 6,821 15 45,12
Muros Noroeste 6,417 0,419 15 40,33 Muros Pasillo 1,283 0,38 5 2,44 Puerta Pasillo 1,26 1,046 5 6,59
Muros Des. Verduras 6,678 0,131 -14 -12,25
Muros Des. Carne 5,62 0,131 -34 -25,03
Cielo Cubierta de Bote 4,68 0,442 15 31,03
Cielo (baño) Cubierta de Bote 3,5 0,47 10 16,45
Piso Parque de Pesca 13,35 4,8 5 320,4
Radiación Techo 4,68 0,442 40 82,74 Radiación Muro 6,417 0,419 31,6 84,96
Radiación Ventanas 243,34 Personas 232,56
Iluminación 130 Baño 279
TOTAL 1477,68
49
Cargas totales de los camarotes a acondicionar.
Habitabilidad Carga Térmica (W)
Camarote Nº1 1477,68
Camarote Nº2 1845,54
Camarote Nº3 1835,47
Camarote Nº4 1961,42
Camarote Nº5 1559,59
Camarote Nº6 1625,33
Camarote Nº7 1570,2
Camarote Nº8 1642,32
Camarote Nº9 2468,64
Camarote Nº10 1660,69
Camarote Nº11 1302,5
Camarote Nº12 1192,11
Camarote Nº13 730,58
Camarote Nº14 8366,43
Camarote Nº15 1674,19
Camarote Nº16 1234,06
Camarote Nº17 1835,25
Camarote Nº18 1336,84
Comedor 6141,21
TOTAL BARCO (W) 41460
TOTAL BARCO (kW) 41,46 x 10%
TOTAL BARCO (kW) 46
50
Para simplificar el estudio del aire acondicionado, se ha distribuido en tres
sectores, los cuales serán alimentados por su equipo respectivo. Los tres sectores en los
cuales se dividió el barco son: Cubierta Superior, Cubierta de Bote y Comedor.
Los valores totales a que se llega con la suma de todas las cargas térmicas del
barco, se incrementan por un factor de seguridad, el cual asegura que el valor final
considera todas las cargas que no fueron incluidas en este estudio. Para esto el factor
utilizado es de un 10% según standards.
TOTAL CUBIERTA SUPERIOR
15986,19 (W)
15,99 (Kw) 10%
| 18 | (Kw)
TOTAL COMEDOR
6141,21 (W)
6,14 (Kw) 10%
| 7 | (Kw)
TOTAL CUBIERTA DE BOTES
19332,65 (W)
19,33 (Kw) 10%
| 21 | (Kw)
51
Cálculo de las propiedades termodinámicas a través de
programa EES.
Generalidades.
Para el cálculo de los distintos estados termodinámicos por los que pasará el aire
dentro del ciclo de aire acondicionado, se decidió utilizar un programa computacional. El
software de ingeniería a utilizar es el “Resolución de Ecuaciones de Ingeniería” o “EES”
(Engineering Equations Solver) el cual facilita y hace más práctico todo lo que concierne
con la resolución de todo el proceso al cual es sometido el aire húmedo.
La función principal suministrada por EES es la solución de un grupo de
ecuaciones algebraicas. EES también puede resolver ecuaciones diferenciales, hace la
optimización, suministra regresiones lineales y no lineales. EES suministra muchas
estructuras útiles para el cálculo ingenieril de propiedades termofísicas y matemáticas.
Por ejemplo, las tablas de vapor son ejecutadas de tal forma que cualquier propiedad
termodinámica puede ser obtenida de una función construida citada en los términos de
otras dos propiedades. Las tablas de aire están construidas como lo están las funciones
psicométricas.
En general el uso de este recurso tecnológico simplifica todos los engorrosos
cálculos manuales, es por esto que facilita la selección de las características técnicas del
equipo de aire acondicionado. Así se ha recurrido a probar, poniendo en análisis distintos
parámetros en estudio, para llegar a la selección de la mejor alternativa para el mejor
funcionamiento del ciclo de verano y para esto se han utilizado tablas paramétricas que
analiza los parámetros que se quieren estudiar, mostrado más adelante.
52
Metodología utilizada para el cálculo en EES.
Para lograr los valores que serán requeridos en el estudio del aire acondicionado
se necesitan tener claro las ecuaciones que serán utilizadas para determinar los distintos
estados termodinámicos.
Las tablas paramétricas que serán incluidas en los cálculos de la cubierta superior,
cubierta de botes y comedor, se muestra como el porcentaje de aire recirculado influye
directamente en los parámetros mostrados. Uno de esos parámetros es la capacidad de
enfriamiento del equipo, ya que se requiere tener la menor capacidad de equipo, esto va
directamente relacionado con los costos que el tendrá. El Vrequerido es el volumen de
aire requerido por persona esto no debiera sobrepasar un rango de 50 a 80 m³/h. La
humedad relativa no puede sobrepasar el 100 de humedad, es por esto que el valor no
debe ser mayor a 1.
Luego de haber controlado estos parámetros, se decide que porcentaje es más
recomendable para la recirculación de aire dentro de los recintos y creamos una nueva
tabla paramétrica, con el fin de relacionar el factor de desvío del equipo con los
parámetros antes descritos, el valor del factor de desvío en nuestro caso es entre 0,05 y
0,1.
En el diagrama Windows es la hoja en donde se muestran todos los resultados de
nuestro estudio para cada unos de los equipos y como el aire húmedo pasa a través del
ciclo de aire acondicionado.
Finalmente se muestran los diagramas sicrométricos correspondientes a cada
unos de los equipos.
53
Formulas Utilizadas en el programa.
54
55
Cálculos cubierta superior.
A continuación se muestran como fueron determinados los valores del factor de
recirculación y el factor de desvío del serpentín que tiene el equipo. Estos valores son mostrados
con color amarillo en las siguientes tablas.
Valor
selecciona
Valor
selecciona
56
57
58
Cálculos cubierta de botes.
Valor
selecciona
Valor
selecciona
59
60
61
Cálculo comedor.
Valor
selecciona
Valor
selecciona
62
63
64
Conclusiones de los esquemas anteriores.
Como se mostró anteriormente los resultados fueron separados en tres equipos
distintos, los valores más relevantes por equipos son los siguientes:
• Cubierta superior:
Número de personas estimado (N°personas) 27 Calor que se debe eliminar (Qganancia) 17,58 (kW) Número de renovaciones hora (NRH) 5,3 Capacidad de enfriamiento requerida (Cap enf) 200.000. (BTU/h) Masa de agua que requiere el equipo (maguarefrigerada) 2,764 (kg/s) Masa y volumen total de aire a inyectar (mtotal, Vtotal) 1,6 (kg/s) 2835 (CFM) Porcentaje de aire a recircular (Frecirculado) 70% Modelo del equipo fan-coil (Marca MagicAire[15]) BMB – 40 (6 row) Flujo volumétrico del equipo[15] 3000 (CFM) Capacidad de enfriamiento del equipo[15] 201.660. (BTU/h)
• Cubierta de botes:
Número de personas estimado (N°personas) 27 Calor que se debe eliminar (Qganancia) 21,27 (kW) Número de renovaciones hora (NRH) 6,63 Capacidad de enfriamiento requerida (Cap enf) 240000 (BTU/h) Masa de agua que requiere el equipo (maguarefrigerada) 3,34 (kg/s) Masa y volumen total de aire a inyectar (mtotal, Vtotal) 1,93 (kg/s) 3430 (CFM) Porcentaje de aire a recircular (Frecirculado) 70% Modelo del equipo fan-coil (Marca MagicAire[15]) BMB – 40 (6 row) Flujo volumétrico del equipo[15] 4000 (CFM) Capacidad de enfriamiento del equipo[15] 237.790. (BTU/h)
• Comedor:
Número de personas estimado (N°personas) 22 Calor que se debe eliminar (Qganancia) 6,76 (kW) Número de renovaciones hora (NRH) 6,8 Capacidad de enfriamiento requerida (Cap enf) 76000 (BTU/h) Masa de agua que requiere el equipo (maguarefrigerada) 1,06 (kg/s) Masa y volumen total de aire a inyectar (mtotal, Vtotal) 0,61 (kg/s) 1090 (CFM) Porcentaje de aire a recircular (Frecirculado) 70% Modelo del equipo fan-coil (Marca MagicAire[15]) BMB – 16 (4 row) Flujo volumétrico del equipo[15] 1200 (CFM) Capacidad de enfriamiento del equipo[15] 76.790. (BTU/h)
65
Distribución y cálculo de los ductos [6].
Para el cálculo de los ductos se utilizo el método de pérdida de carga constante,
este método consiste en calcular los conductos de forma que tengan la misma pérdida de
carga por unidad de longitud, a lo largo de todo el sistema.
Nota:
� Todas las tablas y gráficos que se utilizaron en los cálculos de los ductos se
encuentran en los anexos N°8, N°9, N°10 y N°11.
En las siguientes figuras se mostrara la distribuc ión de los ductos que se
instalaran el barco.
• Esquema de ductos.
En los esquemas, las letras identifican los tramos y bocas que se encuentran en la
distribución de los ductos.
66
67
Cub
ierta
de
Bot
es.
Vel
ocid
ad in
icia
l =9
(m/s
)
Tra
mos
T
ram
os
Cau
dale
s (m
³/h)
Alto
(m
)A
ncho
(m
)Ar
ea (
m²)
Vel
oc. (
m/s
)D
equ
iv.
Larg
o (m
)P
rP
r x L
tram
o 1
A -
B67
430,
21
0,2
90,
452
0,15
0,3
tram
o 2
B -
C60
6,9
0,2
0,4
0,08
2,11
0,30
50,
010,
05tra
mo
3B
- E
2090
,30,
20,
90,
183,
230,
434
0,03
0,12
tram
o 4
B -
D40
45,8
0,2
0,9
0,18
6,24
0,43
0,5
0,08
0,04
tram
o 5
E -
F10
78,9
0,2
0,45
0,09
3,33
0,32
3,5
0,03
0,10
5tra
mo
6F
- G
472
0,2
0,3
0,06
2,19
0,27
30,
010,
03tra
mo
7E
- H
1011
,45
0,2
0,45
0,09
3,12
0,32
10,
020,
02tra
mo
8H
- I
606,
870,
20,
40,
082,
110,
304
0,01
0,04
tram
o 9
D -
J35
73,8
0,2
0,8
0,16
6,20
0,41
40,
070,
28tra
mo
10J
- K31
69,2
0,2
0,75
0,15
5,87
0,40
2,5
0,05
0,12
5tra
mo
11K
- L
2899
,50,
20,
70,
145,
750,
393,
50,
050,
175
tram
o 12
L - N
1933
0,2
0,6
0,12
4,47
0,37
0,5
0,03
0,01
5tra
mo
13N
- M
966,
50,
20,
50,
12,
680,
342,
50,
010,
025
Der
ivac
ione
sLa
rgo
(m)
Cau
dale
s (m
³/h)
Alto
(m
)A
ncho
(m
)Ar
ea (
m²)
Vel
oc. (
m/s
)D
equ
iv.
Pr
Pr
x L
C1
0,5
303,
450,
20,
20,
042,
110,
220,
020,
01C
20,
530
3,45
0,2
0,2
0,04
2,11
0,22
0,02
0,01
F1
0,5
606,
870,
20,
40,
082,
110,
300,
050,
025
H1
0,5
404,
60,
20,
250,
052,
250,
240,
050,
025
I10,
530
3,4
0,2
0,2
0,04
2,11
0,22
0,02
0,01
I20,
530
3,4
0,2
0,2
0,04
2,11
0,22
0,02
0,01
D1
0,5
472
0,2
0,30
0,06
2,19
0,27
0,03
0,01
5J1
0,5
404,
60,
20,
250,
052,
250,
240,
020,
01K
10,
526
9,72
0,2
0,25
0,05
1,50
0,24
0,02
0,01
L10,
596
6,5
0,2
0,50
0,10
2,68
0,34
0,05
0,02
5N
10,
596
6,5
0,2
0,50
0,10
2,68
0,34
0,05
0,02
5
68
Cod
os.
Long
. Equ
iv. (
m)
TO
TA
L1
Cod
os d
e 0,
9 x
0,2
(m) =
2,08
2,08
1 C
odos
de
0,6
x 0,
2 (m
) =1,
751,
75
3 C
odos
de
0,5
x 0,
2 (m
) =1,
474,
412
Cod
o de
0,4
5 x
0,2
(m)
=1,
472,
942
Cod
os d
e 0,
4 x
0,2
(m) =
1,47
2,94
2 C
odos
de
0,3
x 0,
2 (m
) =1,
472,
943
Cod
os d
e 0,
25 x
0,2
(m)
=1,
193,
573
Cod
os d
e 0,
2 x
0,2
(m) =
1,16
3,48
24,1
1
Larg
o to
tal d
el d
ucto
=41
,5(m
)
Pér
dida
de
carg
a to
tal e
n el
con
duct
o= (L
argo
tota
l d
el d
ucto
+ L
ong.
Equ
ival
ente
adi
cion
al) x
Pér
dida
uni
taria
.
Pér
dida
de
carg
a to
tal e
n el
con
duct
o=9,
84(m
m c
.a.)
Gan
anci
a de
pre
sión
por
vel
ocid
ad=
0,75
x [(
Vf/2
42,4
)^2
- (V
d/24
2,4)
^2]=
2,75
Vel
ocid
ad a
la s
alid
a de
l ven
tilad
or (
Vf)
(m/m
in) =
48
0V
eloc
idad
en
el c
ondu
cto
(Vd)
(m
/min
) =
121,
2
TOT
AL p
érdi
das
de p
resi
ón
cub
ierta
de
bote
s =
13,8
1(m
m.c
.a.)
69 C
ubie
rta s
uper
ior
(1;2
;3;4
;5;6
).
Vel
ocid
ad in
icia
l =5
(m/s
)
Tram
os
Tra
mos
C
auda
les
(m³/
h)A
lto (
m)
Anc
ho (m
)A
rea
(m²)
Vel
ocid
ad (m
/s)
D e
quiv
.La
rgo
(m)
Pr
Pr x
Ltr
amo
1A
- B
325
00,
20,
90,
18
50,
43
40,
070,
28tr
amo
2B
- E
225
00,
20,
60,
12
5,2
10,
37
70,
070,
49tr
amo
5E
- F
120
00,
20,
40,
08
4,1
70,
30
30,
040,
12tr
amo
6F
- G
620
0,2
0,3
50,
07
2,4
60,
29
40,
020,
08tr
amo
7E
- H
105
00,
20,
40,
08
3,6
50,
30
10,
030,
03tr
amo
8H
- I
470
0,2
0,3
0,0
62,
18
0,2
74,
50,
020,
09tr
amo
3B
- C
100
00,
20,
30,
06
4,6
30,
27
2,3
0,09
0,20
7tr
amo
4C
- D
500
0,2
0,3
0,0
62,
31
0,2
74,
40,
040,
176
Der
ivac
ione
sLa
rgo
(m)
Cau
dale
s (m
³/h)
Alto
(m
)A
ncho
(m
)A
rea
(m²)
Vel
ocid
ad (m
/s)
D e
quiv
.P
rP
r x L
F1
0,5
580
0,2
0,3
50,
07
2,3
00,
29
0,0
30,
015
H1
0,5
580
0,2
0,3
50,
07
2,3
00,
29
0,0
30,
015
C1
0,5
500
0,2
0,3
0,0
62,
31
0,2
70,
03
0,01
5
Cod
os.
Long
. Equ
iv. (
m)
TO
TAL
1
Co
dos
de 0
,6 x
0,2
(m
) =1,
751,
752
Co
dos
de 0
,4 x
0,2
(m
) =1,
472,
943
Co
dos
de 0
,35
x 0
,2 (m
) =
1,47
4,41
3 C
odo
s de
0,3
x 0
,2 (
m) =
1,47
4,41
13,5
1
Larg
o to
tal d
el d
ucto
=31
,7(m
)
Pér
dida
de
carg
a to
tal e
n el
con
duct
o= (L
argo
tota
l d
el d
ucto
+ L
ong.
Equ
ival
ente
adi
cion
al) x
Pér
dida
uni
taria
.P
érdi
da d
e ca
rga
tota
l en
el c
ondu
cto=
3,16
(mm
c.a
.)
Gan
anci
a de
pre
sión
por
vel
ocid
ad=
0,75
x [(
Vf/2
42,4
)^2
- (V
d/24
2,4)
^2]=
0,80
Vel
ocid
ad a
la s
alid
a de
l ven
tilad
or (
Vf)
(m/m
in) =
30
0V
eloc
idad
en
el c
ondu
cto
(Vd)
(m
/min
) =
165,
6
70 Cub
ierta
sup
erio
r (7
;8;9
).
Vel
ocid
ad in
icia
l =5
(m/s
)
Tra
mos
T
ram
os
Cau
dale
s (m
³/h)
Alto
(m)
Anch
o (m
)Ar
ea (
m²)
Vel
ocid
ad (
m/s
)D
equ
iv.
Larg
o (m
)P
rP
r x L
tram
o 1
J - K
1800
0,2
0,5
0,1
50,
342
0,07
0,14
tram
o 2
K -
L13
000,
20,
40,
084,
510,
304,
50,
060,
27tr
amo
3L
- M
780
0,2
0,3
0,06
3,61
0,27
4,5
0,05
0,22
5
Der
ivac
ione
sLa
rgo
(m)
Cau
dale
s (m
³/h)
Alto
(m)
Anch
o (m
)Ar
ea (
m²)
Vel
ocid
ad (
m/s
)D
equ
iv.
Pr
Pr x
LK
11
500
0,2
0,3
0,06
2,31
0,27
0,04
0,04
L11
520
0,2
0,3
0,06
2,41
0,27
0,04
0,04
M1
0,5
390
0,2
0,3
0,06
1,81
0,27
0,04
0,02
M2
0,5
390
0,2
0,3
0,06
1,81
0,27
0,04
0,02
Cod
os.
Long
. Equ
iv. (
m)
TO
TAL
5 C
odos
de
0,3
x 0,
2 (m
) =1,
477,
357,
35
Larg
o to
tal d
el d
ucto
=14
(m)
Pér
dida
de
carg
a to
tal e
n el
con
duct
o= (L
argo
tota
l d
el d
ucto
+ L
ong.
Equ
ival
ente
adi
cion
al) x
Pér
dida
uni
taria
.
Pér
dida
de
carg
a to
tal e
n el
con
duct
o=1,
49(m
m c
.a.)
Gan
anci
a de
pre
sión
por
vel
ocid
ad=
0,75
x [(
Vf/2
42,4
)̂2
- (V
d/24
2,4)
^2]=
0,80
Vel
ocid
ad a
la s
alid
a de
l ven
tilad
or (
Vf)
(m/m
in) =
30
0V
eloc
idad
en
el c
ondu
cto
(Vd)
(m
/min
) =
165,
6
TOT
AL p
érdi
das
de p
resi
ón
cubi
erta
sup
erio
r =
8,28
(mm
.c.a
.)
71
Com
edor
.
Vel
oci
dad
inic
ial =
5(m
/s)
Tra
mos
T
ram
os
Cau
dale
s (m
³/h)
Alto
(m)
Anch
o (m
)Ar
ea (
m²)
Vel
oc. (
m/s
)D
equ
iv.
Larg
o (m
)P
rP
r x
Ltr
amo
1A
- B
2023
0,2
0,6
0,12
50,
377
0,07
0,49
tram
o 2
B -
C10
120,
20,
40,
083,
510,
301
0,03
0,03
tram
o 3
B -
D10
110,
20,
40,
083,
510,
305,
50,
030,
165
Der
ivac
ione
sLa
rgo
(m)
Cau
dale
s (m
³/h)
Alto
(m)
Anch
o (m
)Ar
ea (
m²)
Vel
oc. (
m/s
)D
equ
iv.
Pr
Pr x
LC
10,
550
60,
20,
30,
062,
340,
270,
040,
02C
20,
550
60,
20,
30,
062,
340,
270,
040,
02D
10,
550
60,
20,
30,
062,
340,
270,
040,
02D
20,
550
60,
20,
30,
062,
340,
270,
040,
02
Cod
os.
Long
. Equ
iv. (
m)
TO
TAL
2 C
odos
de
0,4
x 0,
2 (m
) =1,
472,
944
Cod
os d
e 0,
3 x
0,2
(m) =
1,47
5,88
Tot
al5,
88
Larg
o to
tal d
el d
uct
o=15
,5(m
)
Pér
dida
de
carg
a to
tal e
n e
l con
duct
o= (L
argo
tota
l d
el d
ucto
+ L
ong.
Equ
ival
ente
adi
cion
al) x
Pér
did
a u
nita
ria.
Pér
dida
de
carg
a to
tal e
n e
l con
duct
o=1,
50(m
m c
.a.)
Gan
anci
a de
pre
sión
por
vel
ocid
ad=
0,75
x [
(Vf/
242,
4)̂2
- (V
d/24
2,4)
^2]=
0,68
Vel
oci
dad
a la
sal
ida
del v
entil
ado
r (V
f) (m
/min
) =
300
Vel
oci
dad
en e
l con
duct
o (V
d) (
m/m
in) =
19
1,4
TOT
AL p
érdi
das
de p
resi
ón
com
edor
=2,
66(m
m.c
.a.)
72
Difusores utilizados en los ductos.
A continuación se muestran los difusores seleccionados para cada una de las bocas que existen en los ductos. Estos valores serán sacados del anexo N°13.
Cubierta de botes. Difusores de sección
cuadrada (modelo 50-FR-4)
Cantidad Posición Caudal Sección Velocidad de salida Presión de
salida Alcance (m³/h) (mm) (m/s) (mm.c.a.) (m) 1 K1 250 300x300 1,6 0,18 0,6 4 C1-C2-I1-I2 300 300x300 1,9 1,04 0,7 2 H1-J1 400 300x300 2,6 0,94 1 2 G1-D1 450 375x375 1,8 0,48 0,9 1 F1 600 375x375 2,5 0,43 1,2 3 L1-N1-M 1000 525x525 2,1 0,9 1,4 Total pérdida presión 3,97
Cubierta superior. Difusores de sección
cuadrada (modelo 50-FR-4)
Cantidad Posición Caudal Sección Velocidad de salida Presión de
salida Alcance (m³/h) (mm) (m/s) (mm.c.a.) (m) 2 M1-M2 400 300x300 2,6 0,94 1 1 I 450 375x375 1,8 0,24 0,9 4 C1-D-K1-L1 500 375x375 2 1,16 1 3 F1-G-H1 600 375x375 2,5 1,29 1,2 Total pérdida presión 3,63
Comedor. Difusores de sección
cuadrada (modelo 50-FR-4)
Cantidad Posición Caudal Sección Velocidad de salida Presión de
salida Alcance (m³/h) (mm) (m/s) (mm.c.a.) (m)
4 C1-C2-D1-
D2 500 375x375 2 1,16 1 Total pérdida presión 1,16
73
Disposición final de la instalación de ductos.
En las siguientes vista que se presentan a continuación muestran la disposición de los
ductos vistos en planta, en los que en la cubierta superior tienen una altura de 2,1 (m), la
cubierta de botes a una altura de 2 (m) y el comedor al igual que la cubierta superior su altura
es de 2,1 (m).
Las dimensiones del los ductos (alto y ancho) se muestran en los siguientes esquemas:
74
Cubierta Superior.
Camarote 1,2,3,4,5,6.
Equipo acondicionador
-. Cap. enf. 201660 (Btu/h)
-.Caudal 3000 (CFM)
75
Cubierta Superior.
Camarote 7,8,9.
Equipo acondicionador
-. Cap. enf. 201660 (Btu/h)
-. Caudal 3000 (CFM)
76
Cubierta de botes.
Equipo acondicionador
Viene de la cubierta superior
-. Cap. enf. 237790 (Btu/h)
-. Caudal 4000 (CFM)
77
Comedor .
Equipo acondicionador
-. Cap. enf. 76790 (Btu/h)
-. Caudal 1200 (CFM)
78
Esquemas de la salida del equipo a la red de ductos .
79
Materiales a utilizar en instalación de redes ducto s.
En la fabricación de las redes de ductos para los Equipos Climatizadores se
utilizaran los siguientes materiales:
� PLANCHA DE ALUMINIO : En espesor de 0,6 (mm), estas planchas se consiguen
en rollos de 1 metro de ancho por un largo de 20 metros. Se utilizará en plancha
aluminio, ya que es un material ligero y se acomoda bien a las condiciones para
realizar las instalaciones en el barco. Los costos que puede tener planchas de
aluminio son similares o incluso menores a lo que pueden costar otro tipo de
materiales utilizados en este tipo de trabajos, tales como acero inoxidable. Se
debe fabricar 255 (kg) de redes de ductos.
Luego de haber definido el material de los ductos y sus características se procede
a su fabricación y el montaje de ellos. Esto considerando los soportes que mantendrán la
red de ductos en las posiciones que se mostraran mas adelante.
Junto con la instalación de los ductos se procede a definir el tipo de aislación
térmica que se utilizará en la redes de ductos, que en este caso será de la siguiente
característica técnica:
� AISLACION TERMICA : Aislamiento flexible de espuma elastomérica del tipo
ARMAFLEX de un espesor de 19 (mm). El total de aislante a utilizar en este
proyecto es de 150 (m2). Se escoge este tipo de aislante, ya que es de fácil
montaje y se ve bien estéticamente y además se puede pintar.
Para finalizar la redes de ductos se instalarán en cada terminal: Difusores de
Inyección de sección cuadrada modelo 50-FR-4 y de diferentes medidas, dependiendo el
caudal de cada uno de los terminales, los cuales serán 9 de 300x3000, 15 de 375x375 y 3
de 525x525 y serán identificados mas adelante.
80
Conclusión
Se desarrolló un análisis de las necesidades de acondicionamiento ambiental de
un espacio no convencional, como lo es la habitabilidad de un barco, en este caso el
barco mercante “Reina de la paz”.
Fue necesario considerar los requerimientos del usuario y analizar las condiciones
posibles de diseño, que por tratarse de un barco pasó por considerar sobretodo los
reducidos espacios disponibles y las zonas de navegación identificando situaciones
climáticas más críticas.
Definidas las condiciones del proyecto se determina, empleando ecuaciones de
transferencia de calor y expresiones de cálculo normalizadas, las cargas térmicas de cada
uno de los espacios habitables contemplados y sus necesidades de ventilación o
renovación de aire.
Se determina de esta forma una ganancia térmica total de 46 kw, con un margen
de seguridad del 10%.
Para el sistema a instalar se definen tres circuitos independientes, cada uno con
su equipo acondicionador de aire respectivo, estos son: Cubierta superior, cubierta de
botes y Comedor. De esa forma la carga térmica y flujo de aire requerido para cada
sector, resultan:
Cubierta superior : 18 kw 4335 m3/h (70% recirculado)
Cubierta de botes: 21 kw 6000 m3/h (70% recirculado)
Comedor : 7 kw 1836 m3/h (70% recirculado)
El circuito de ductos se calcula con el criterio de pérdidas de carga constante,
definiéndose sus dimensiones y disposición para cada uno de los tres sectores. Se
presentan esquemas y trazado ilustrativo con dimensiones, en cada zona habitable
considerada.
81
Los equipos seleccionados son del tipo fan-coil y sus características para cada
sector, son las siguientes:
Cubierta superior : 201660 BTU/h (51kW) 3000 CFM (70% recirculado)
Cubierta de botes: 237790 BTU/h (60 kW) 4000 CFM (70% recirculado)
Comedor : 76790 BTU/h (19 kW) 1200 CFM (70% recirculado)
La estimación de costos globales del diseño del sistema de aire acondicionado
asciende aproximadamente a 16.270.000 más IVA.
82
Bibliografía.
• [1] Transferencia de calor. (J.P.Holman) 8va edición.
• [2] Transferencia de calor. Apuntes dpto. de ing. Eléctrica y energética de la
Universidad de Cantabria. Pedro Fernández Díez.
• [3] Transferencia de calor y masa. Yunus A. ζengel.
• [4] Aire acondicionado. Ángel Luis Miranda.
• [5] Acondicionamiento del aire y refrigeración. Carlo Pizzetti.
• [6] Manual de aire acondicionado. Carrier Air Conditioning Company
(EE.UU.) (1999).
• [7] Calefacción y acondicionamiento de aire. Allen Walker James.
• [8] http://www.fao.org
• [9] Apuntes Gestión de la calidad en las actividades marítimas portuario-
pesqueras. Dr. Marcos Salas Inzunza. (Dpto. de ciencias navales y
marítimas).
• [10] Manual de maquinaria marítima auxiliar. Calefacción, ventilación,
acondicionamiento de aire.
• [11] Información del barco entregada por la empresa (Planos,
características del buque, información general).
• [12] Normas ASHRAES para barcos, ANSI/ASHRAE Standard 62.1-2004.
• [13] Enciclopedia Encarta 2008, Microsoft Corporation.
• [14] Instalaςões de ar condicionado, Hélio Creder, LTC Livros técnicos e
científicos editora, 5ª edición 1997.
• [15] Catalogo equipo Magic aire, BM SERIES, LISTED IN ACCORDANCE
WITH UL 1995, http:// www.magicaire.com