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Refrigeración y Aire Acondicionado
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOEscuela Académico Profesional de Ingeniería Mecánica
INDICE
INTRODUCCION.............................................................................................................2
FUNDAMENTO TEORICO..............................................................................................3
ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE............................................................................3
CONCEPTOS DE AIRE ACONDICIONADO...............................................................3
INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO:........................................................4
a. Instalaciones Centrales e Individuales..............................................................4
b. Instalaciones Directas e Indirectas...................................................................5
CALCULO DE CARGAS TÉRMICAS..............................................................................6
1. Condiciones y Esquema del Recinto....................................................................6
2. Cálculo del Calor Sensible:...................................................................................8
3. Calculo del Calor Latente:..................................................................................10
4. Cargas Totales:..................................................................................................11
DISEÑO DE CONDUCTOS...........................................................................................12
1. Datos y Supuestos para en análisis:..................................................................12
2. Determinación de Caudales:..............................................................................13
3. Longitudes Equivalentes:....................................................................................13
4. Cálculo del tramo inicial:.....................................................................................13
5. Cálculo en los demás tramos del conducto principal:.........................................14
6. Cálculo de las Recuperaciones Estáticas:..........................................................14
7. Caída Total de Presión en el conducto Principal:...............................................14
8. Caídas de Presión y Dimensiones en las derivaciones:.....................................15
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS..............................................................................16
ANEXOS........................................................................................................................17
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Refrigeración y Aire Acondicionado
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INTRODUCCION
El propósito de este trabajo es el de diseñar un sistema aire acondicionado para un
taller de costura en el distrito de La Esperanza - Trujillo, con la finalidad de brindarle a
este espacio todos los requerimientos en cuanto a las condiciones necesarias para
que el ambiente que ocupa sea confortable y cómodo para poder disfrutar el tiempo
allí, por ello se toman muchos criterios por las empresas y estas a la ves capacitan a
sus empleados para cumplir con las exigencias requeridas en el servicio. Para ello se
requiere hacer evaluaciones de la carga térmica en el recinto y de esta manera estimar
los parámetros que se han de usar en dicha instalación para posteriormente emplear
el equipo adecuado, por lo tanto a continuación se muestran los estudios realizados de
carga térmica y diseño de conductos. Estos se convierten en una prioridad, debido a
las condiciones climatológicas que tiene la ciudad de Trujillo, llegando a una
temperatura promedio anual promedio de 32 ºC en verano y 15.8 ºC en temporada de
invierno ya que posee un clima tipo semiárido.
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Refrigeración y Aire Acondicionado
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FUNDAMENTO TEORICO
ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE
Muchos consideran el acondicionamiento del aire como una de nuestras industrias
nuevas más importantes, que se desarrolla con una rapidez extraordinaria. Oímos
hablar de teatros, restaurantes, hoteles, almacenes, oficinas y cines con aire
acondicionado. Pero son muy pocas las personas que saben exactamente que es el
acondicionamiento del aire. El termino acondicionamiento del aire significa controlar la
temperatura, la circulación, la humedad y la pureza del aire que respiramos y en el que
vivimos o hablando en términos más generales, el acondicionamiento completo del
aire significa calentar el aire en invierno, enfriarlo en verano, circular el aire y renovarlo
en esas dos estaciones del año, secarlo(quitarle humedad) cuando el aire está
demasiado húmedo, humedecerlo (añadirle humedad) cuando es demasiado seco y
filtrar o lavar el aire para privarle del polvo y los posibles microbios que contengan
tanto en el verano como en el invierno.
Las instalaciones de calefacción y refrigeración modernas tienen la temperatura
controlada automáticamente por medio de interruptores termostáticos eléctricos que
abren o cierran el circuito eléctrico de los motores.
Al plantear un sistema de calefacción o refrigeración hay que tener en cuenta el
tamaño del edificio, la superficie total de las paredes y las ventanas, el aislamiento, la
diferencia máxima de temperatura entre el exterior y el interior, la importancia de la
pérdidas y ganancias de calor, para así calcular la carga total de calor o enfriamiento y
el tamaño de la unidad de calefacción o refrigeración que se necesita.
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CONCEPTOS DE AIRE ACONDICIONADO
Es posible calcular en determinadas condiciones, valores promedio de las propiedades
psicométricas del aire en las que el ser humano goza de máximo bienestar, las cuales
son:
- La temperatura del aire.
- La humedad del aire.
- El movimiento del aire.
- La pureza del aire.
El acondicionamiento del aire como proceso consiste en tratar de modo que queden
reguladas simultáneamente su temperatura, su humedad, su pureza y su distribución,
a fin de que se cumplan las condiciones exigidas por el espacio acondicionado en
cualquier época del año. El aire acondicionado comprende calefacción, refrigeración,
humidificación, deshumidificacion, ventilación, limpieza y circulación del aire.
Impurezas: humos de sulfuros, ácidos, polvos, cenizas, minerales, microorganismos,
etc. La cantidad de vapor de agua en el aire varia de lugar a lugar y de acuerdo a las
condiciones atmosféricas locales, siendo normalmente de 1% a 3% de la masa de la
mezcla.
INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO:
a. Instalaciones Centrales e Individuales
Las instalaciones para el acondicionamiento del aire son de dos tipos
generales, a saber: instalaciones de acondicionamiento del aire centrales y
refrigeradores individuales de habitaciones.
Las centrales de acondicionamiento del aire en las casas, oficinas, teatros,
cines, etc., tienen las unidades calentadoras, refrigerantes, filtrantes, el
humidificador y el ventilador para la circulación en un grupo compacto en el
sótano o en una habitación apropiada de la que parten conductores que llevan
el aire acondicionado a las diferentes habitaciones o a los distintos
departamentos.
Los refrigeradores individuales para las distintas habitaciones tienen, por lo
general, la forma de una refrigeradora compacta, un humidificador, un filtro y un
ventilador, contenidos todos ellos en un armario de buen aspecto que se coloca
en la sala o cuarto de esta, el comedor, el dormitorio o la oficina que se quiere
enfriar.
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b. Instalaciones Directas e Indirectas.
Los sistemas de acondicionamiento del aire se clasifican también en “directas e
indirectas”. El sistema directo el evaporador del refrigerante o el serpentín
encargado del enfriamiento está colocado en la corriente de aire y está en
contacto directo con el aire que hay que emplear en el enfriamiento. En el
sistema indirecto se emplea agua que se enfría haciéndola pasar alrededor del
evaporador del refrigerante y después se la hace pasar por un serpentín
refrigerador o bien, por el contrario se le da salida por boquillas para que estas
la pulvericen sobre la corriente del aire.
El sistema indirecto es más seguro en las instalaciones grandes, porque el
evaporador que contiene en refrigerante químico no está colocado en el
conducto del aire, y si se produce un escape refrigerante este no puede ser
arrastrado por la corriente de aire. Sin embargo, en las unidades pequeñas,
como las empleadas en los refrigeradores individuales de las habitaciones, es
el sistema directo el que se emplea por lo general.
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CALCULO DE CARGAS TÉRMICAS
1. Condiciones y Esquema del Recinto
En esta ocasión determinaremos la carga térmica de refrigeración para un taller
de costura cuyas dimensiones son 7m de ancho por 7 metros de largo y 2.85
metros de altura.
El local está situado en el distrito de La Esperanza, provincia de Trujillo. Las
condiciones del proyecto son:
Temperatura exterior del proyecto : 32 ºC
Humedad Relativa exterior : 80 %
Variación diaria de Temperatura (ET) : 10 ºC
Temperatura interior : 18 ºC
Humedad Relativa interior : 50 %
Latitud : 8.6 º
Consideraremos la hora solar del proyecto las 12. Entonces tenemos una
temperatura exterior:
T e=Te p−3=32−3
T e=29 ºC
Por tanto el salto de temperatura es:
∆ T=29−18=11ºC
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Plano de Distribución del Local
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2. Cálculo del Calor Sensible:
2.1. Calor Sensible debido a la radiación a través de ventanas:
La única pared que tiene ventanas es la fachada (Muro Este), las ventanas
tienen un área total de 9.2625 m2 y tienen marco metálico, es así que para
el mes de julio a las 12 horas, obtenemos de la Tabla 4: Radiación Solar
(Pág. 105 Enciclopedia de Climatización) un valor:
R=44W
m2
Así el calor es:
Q̇SR=9.2625∗44∗1.7
Q̇SR=692.84 W
2.2. Calor debido a la radiación y transmisión a través de paredes y
techos exteriores:
El local está ubicado en la planta baja, por lo que el techo no será exterior,
así la única para exterior que tendremos será la fachada.
El área de la fachada (muro este), sin contar las ventanas y la puerta es:
Ae=10.68 m2
Para una densidad por espesor del muro de:
DE=228.16kg
m2
De la Tabla 7: Diferencia de temperatura equivalente DTE (pág. 108
Enciclopedia de Climatización), obtenemos:
DTE=17.08 ºC
Con el salto de temperatura y la variación diaria de temperatura, vamos a
la Tabla 9: Corrección de la diferencia de temperatura DTE (Pág. 110
Enciclopedia de Climatización), obteniendo:
DTE=17.08+3.5
DTE=20.58 ºC
Consideramos un coeficiente de transmisión de:
K=1.5W
m2−K
Así el calor es:
Q̇STR=10.68∗1.5∗20.58
Q̇STR=329.69 W
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2.3. Calor debido a la transmisión a través de paredes y techos no
exteriores:
Tenemos las superficies:
Área del techo y suelo : 49 m2
Pared Norte : 19.95 m2
Pared Este – Oeste : 19.95 m2
Área de ventanas : 9.26 m2
Si se considera para el vidrio un coeficiente de transmisión de 5.8 W
m2−K y
para las paredes interiores 1.9 W
m2−K, además como las paredes son
colindantes con un local no refrigerado, el salto térmico disminuye en 3, así
obtenemos:
Q̇ST=9.26∗5.8∗8+157.85∗1.9∗8
Q̇ST=2828.98 W
2.4. Calor sensible debido al aire de infiltraciones:
Según la Tabla 10: (Pág. 112 Enciclopedia de Climatización), para
pequeños comercios tenemos V t=13.6. De donde:
V̇ t=13.6∗1∗10=136
Luego el Calor es:
Q̇SI=0.33∗V̇ t∗∆ T
Q̇SI=0.33∗136∗11
Q̇SI=493.68 W
2.5. Calor sensible generado por las personas que ocupan el local:
En el local hay un promedio al día de 7 personas, de las cuales 2 están
sentadas haciendo un trabajo ligero, 3 sentadas en reposo y 2
moderadamente activo de pie. Así según la Tabla 3: Perdidas de calor del
cuerpo humano (Extraida de “Heating Ventilating Air Conditioning Guide”,
American Society of Heating and Air)
Q̇SP=2∗48+3∗45+2∗50=331kcal
h
Q̇SP=384.95 W
2.6. Calor generado por la iluminación del local:
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Determinada por:
Q̇SILU=3.4∗W∗N∗FB∗FCE
Donde:
W =Potencia del foco
N=numerode focos
FB=1.25 (alumbrado fluorescente )
FCE=1(alumbrado incandescente)
Q̇SILU=BTU /h
Entonces:
Q̇SILU=3.4∗22∗4∗1.25∗1
Q̇SILU=374BTU
h
Q̇SILU=109.61 W
2.7. Calor sensible procedente del aire de ventilación:
Consideramos una ventilación de 25 m3
h, suponiendo que f =0.3,
tendremos que el calor es:
Q̇SV =0.33∗f ∗V v∗∆ T
Q̇SV =0.33∗0.3∗25∗7∗11
Q̇SV =190.58 W
3. Calculo del Calor Latente:
3.1. Calor latente generado por las personas que ocupan el lugar:
En el local hay un promedio al día de 7 personas, de las cuales 2 están
sentadas haciendo un trabajo ligero, 3 sentadas en reposo y 2
moderadamente activo de pie. Así según la Tabla 3: Perdidas de calor del
cuerpo humano (Extraida de “Heating Ventilating Air Conditioning Guide”,
American Society of Heating and Air)
Q̇LP=2∗52+3∗38+2∗63=344kcal
h
Q̇LP=400.07 W
3.2. Procedente del aire de Ventilación:
Se determinará mediante:
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Q̇LV=0.84∗f ∗V v∗∆ W
Donde ∆ W lo obtenemos de la carta psicométrica con las condiciones:a. 29 ºC – 83 % , tenemosW =21.3 g/ Kgb. 18 ºC – 50 % , tenemosW =6.5 g / Kg
∆ W =14.8g
Kg
Entonces:
Q̇LV=0.84∗f ∗V v∗∆ W
Q̇LV=0.84∗0.3∗25∗7∗14.8
Q̇LV=652.68 W
4. Cargas Totales:
La carga total será la suma del calor latente total y el calor sensible total, pero
estás cargas están sometidas a distintos cambios, por lo que se le agrega un
10% como factor de seguridad, así:
Q̇T=1.1∗( 400.07+652.68 )+1.1∗(190.58+109.61+384.95+493.68+2828.98+329.69+692.84 )
Q̇T=6691.39 W
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DISEÑO DE CONDUCTOS
1. Datos y Supuestos para en análisis:
- El aire de ventilación calculado para nuestro taller de costura es:
V̇ v=175m3
h
- La velocidad de entrada será de c=2ms
- La longitud equivalente de cada tramo será determinada agregándole un 50%
de su valor.
- A las salidas se le han colocado difusores de 0.1 Pa/m
- Diseñaremos una red de conductos rectangulares que siga el siguiente
esquema:
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Esquema de Conductos para el Taller
2. Determinación de Caudales:
Según el esquema anterior, los caudales serán:
˙V CG=175m3
h
˙V CF=175m3
h
˙V BC=350m3
h
˙V BE=175m3
h
˙V AB=525m3
h
3. Longitudes Equivalentes:
TRAMO Longitud equivalente (m) Caudal (L/s)
AB 2.7 145.83
BE 1.5 48.61
BC 2.4 97.22
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CF 1.2 48.61
CG 1.5 48.61
4. Cálculo del tramo inicial:
Determinamos la sección que debería tener, sabiendo que:
S=V̇ AB
3600∗c
S= 5253600∗2
S=0.0729 m2
Si suponemos una sección cuadrada, tendremos:
W =0.27 m
H=0.27 m
De donde el diámetro equivalente es:
De=1.3∗(W∗H )0.625
(W +H )0.250
De=1.3∗(0.27∗0.27 )0.625
(0.27+0.27 )0.250
De=0.295 m
Con el valor de los caudales y el diámetro equivalente podemos obtener de la
gráfica 02: Perdida por rozamiento en conducto redondo (Pág. II39 Carrier) la
caída de presión unitaria:
∆ pL
=0.18Pam
5. Cálculo en los demás tramos del conducto principal:
Con el valor de la caída de presión podemos determinar mediante la gráfica 02 los
diámetros equivalentes, dimensiones y velocidades:
- Tramo BC
De=0.2 60 m
W =H=0.9147∗De=0.9147∗0.2 60=0.2 38 m
c= 350
3600∗0.2382=1. 71
ms
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- Tramo CG
De=0.19 m
W =H=0.9147∗De=0.9147∗0.195=0.178 m
c= 175
3600∗0.1742=1.52
ms
6. Cálculo de las Recuperaciones Estáticas:
a. Paso de 2 a 1.54
∆ p 1=0.75∗1.2 ( 22−1.712 )
2
∆ p=0. 48 Pa
b. Paso de 1.54 a 1.52
∆ p=0.75∗1.2 (1.712−1.522 )
2
∆ p 2=0.276 Pa
7. Caída Total de Presión en el conducto Principal:
∆ pTotal=(2.7+1.5+2.4+1.2+1.5 )∗0.18−0.48−0.276+0.1
∆ pTotal=1.018 Pa
Las caídas de presión se reparten de la siguiente manera:
- Tramo AB: 2.7∗0.18=0.486 Pa
- Tramo BC: 2.4∗0.18=0.432 Pa
- Tramo CG: 1.5∗0.18=0.27 Pa
Con esto podemos calcular las presiones a la entada de las derivaciones:
- Presión en B: PB=1.012 Pa
- Presión en C: PC=0.856 Pa
8. Caídas de Presión y Dimensiones en las derivaciones:
- Derivación BE:
∆ pL
=1.012−0.11.5
=0.608Pam
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- Derivación CF:
∆ pL
=0.856−0.11.2
=0.63Pam
Con la caída de presión unitaria y el caudal, nos vamos a la gráfica 2 y
determinamos los diámetros equivalentes y sus dimensiones:
- Derivación BE:
De=0. 082 m
W =H=0.9147∗De=0.9147∗0.082=0.075 m
c= 175
3600∗0. 0752=8.64
ms
- Derivación CF:
De=0. 08 8m
W =H=0.9147∗De=0.9147∗0.08 8=0.0 8 m
c= 175
3600∗0. 0 82=7.5
ms
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1. Miranda Barreras, Ángel L., “AIRE ACONDICIONADO”, Ediciones CEAC.
España.
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2. Carrier. “MANUAL DE AIRE ACONDICIONADO”. Editorial Marcombo.
Barcelona. 2009.
3. Valencia P. “DISEÑO DE UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO”.
Universidad Nacional del Callao. 2014.
ANEXOS
Grafica 02: Perdida por rozamiento en conducto redondo (Carrier)
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