Calculos Aire Acondicionado Cargas Habitacion de Clinica

Aire Acondicionado (Habitacin de Clnica) Es necesario realizar un anlisis desde el marco terico hasta los clculos, dependiendo de varios factores para mantener un ambiente de confort en los usuarios que sern vistos a continuacin.

05/12/2013

Introduccin.

A continuacin se presenta el procedimiento que se debe realizar para mantener un ambiente de

confort en una habitacin de una Clnica, primeramente con la ayuda de marco terico

intentaremos llevar el procedimiento necesario para mediante clculos encontrar el sistema de

aire acondicionado cuyas capacidades cumplan con lo que requerimos para mantener esa

temperatura estndar de confort, para esto se vern necesarios analizar varios parmetros que

influyen a la final en los clculos, como por ejemplo el aporte de calor de una persona, o de un

sistema de iluminacin, etc.; todo esto a continuacin en el desarrollo del informe.

Objetivo.

Realizar un marco terico correspondiente al tema correspondiente.

Escoger algn establecimiento o bien inmueble para realizar el anlisis de sistema de aire

acondicionado.

Con los parmetros necesarios y realizar los respectivos clculos.

Encontrar un Sistema de Aire Acondicionado con la capacidad mayor a los datos

calculados.

Marco Terico.

Aire Acondicionado

Introduccin

[1] Entendemos por aire acondicionado al sistema de refrigeracin del aire que se utiliza de modo

domstico para refrescar los ambientes cuando las temperaturas del ambiente son muy altas y

calurosas.

Aire Atmosfrico

[2] Mezcla ideal de diferentes componentes qumicos. Puede considerarse como una mezcla de

aire seco (mezcla de nitrgeno, oxgeno, argn etc.) ms vapor de agua (que tambin puede

considerarse como un gas ideal).

Aire Seco [3] Es el aire que no contiene humedad.

El cambio de entalpa del aire seco durante un proceso puede encontrarse a partir de:

(

) [

]

[4] Volumen Especfico de aire seco es igual a:

Donde,

VeVolumen Especfico

RaConstante de los Gases Ideales

TaTemperatura absoluta

PaPresin parcial del aire seco

[2] La presin del aire hmedo es la sumatoria entre la presin parcial del aire seco y la presin de

vapor.

Vapor de Agua [3] El vapor de agua es el gas formado cuando el agua pasa de un estado lquido

a uno gaseoso, y est en suspensin en el aire.

Ley de Dalton

Cada componente de una mezcla gaseosa ejerce una presin parcial igual a la que ejercera si

estuviera solo en el mismo volumen, y la presin total de la mezcla es la suma de las presiones

parciales de todos los componentes.

El clculo de las presiones parciales se puede calcular aplicando la ley de gases ideales.

Donde,

PpPresin Parcial

ncNmero de moles

TTemperatura

RConstante de Gases Ideales

VVolumen

Humedad Absoluta

[5] Es la cantidad de vapor de agua que se encuentra por unidad de volumen en el aire de un

ambiente. Normalmente, el vapor es medido en gramo y volumen de aire se mide en metros

cbicos. Midiendo la humedad absoluta, lo que hacemos es determinar la cantidad de vapor que

contiene el aire y si adems conocemos la temperatura podemos estimar si el ambiente es capaz

de alojar ms vapor an.

La humedad relativa se encuentra mediante la siguiente frmula:

Donde,

PaPresin Parcial del aire seco

PPresin Sistema

0.62518moles de v H2O/28.9 moles de aire

Aire Saturado: [2] Es el aire que ya no puede contener ms humedad. La adicin de agua ocasiona

su precipitacin. Es lo contrario a aire seco.

Humedad Especfica

[6] Es la cantidad de vapor de agua que se haya contenido en el aire, pero a diferencia de la

humedad absoluta, en esta el vapor se mide en gramo y el aire en kilogramos.

Humedad Relativa

[6] Es la humedad que posee una masa de aire en relacin a la mayor cantidad de humedad

absoluta que podra llegar a contener sin que se produzca ninguna condensacin, es decir

conservando la misma temperatura y presin atmosfrica. Esta humedad es expresada en

porcentajes.

Donde,

Humedad relativa

PvPresin Parcial del vapor

PsPresin de saturacin del vapor de agua

OJO; Entalpia y cambio de entalpia, temperatura de punto de rocio,

temperatura de saturacin adiabatica y bulbo hmedo, carta

psicometrica : representacion grafica de propiedades

Acondicionamiento del Aire

El acondicionamiento del aire es el proceso que enfra, limpia y circula el aire, controlando,

adems, su contenido de humedad. En condiciones ideales logra todo esto de manera simultnea.

Como se controla cada uno de estas condiciones:

Temperatura: Se lo enfra o calienta; cuando hablamos de enfriamiento tcnicamente es la

eliminacin de calor y con calentamiento a la adicin de calor.

Humedad: Es el contenido de vapor de agua en el aire, se controla agregando (humidificacin) o

eliminando (deshumidificacin) vapor de agua al aire.

Circulacin: La circulacin del aire se refiere a su velocidad y a los lugares hacia donde se

distribuye, se controla mediante el equipo adecuado para distribucin de aire.

Proyecto. Como se dijo anteriormente el anlisis se realiz en una habitacin de una Clnica, pero antes de

realizar el clculo y diseo del sistema de aire acondicionado se debern realizar un par de pautas,

como son un par de ejercicios y aplicaciones en general del acondicionamiento de aire.

Latitud Cuenca 2 53 51

2 Ejercicios.

Aplicaciones

Diseo y Clculos (Casa de Campo)

Lugar del Anlisis: Habitacin de Clnica.

A continuacin el Plano de Planta de la Habitacin de Clnica.

Ilustracin 1 Plano de Planta Habitacin

Dimensiones Habitacin

Componentes dentro de Habitacin

De Servicio de Habitacin:

Camas Cantidad 3

Velador Cantidad 3

Armario Cantidad 1

Soporte Sueros Cantidad 3

De Servicio Higinico:

Bao Cantidad 1

Iluminacin Natural:

Ventana Cantidad 1

Iluminacin Elctrica:

Foco Fluorescente 11W Cantidad 3

Lmpara Fluorescente 20W Cantidad 3

Elctrico:

Televisores Cantidad 3

Electrnico:

Sistema Electrnico de la Cama (Posicionamiento) Cantidad 3

Humano:

Pacientes Cantidad 3

Visitantes Cantidad 4/c paciente

Personal Mdico Define tipo de Estados de Pacientes (3)

Material Piso, Techo y Paredes Habitacin.

Piso Italpiso

Techo Estuco

Paredes Bloque (Empastado)

Clculos de Cargas Externas

Existe Transferencia de Calor desde el los exteriores a la parte interna de la habitacin.

La frmula general para la ganancia de calor de cada uno de los componentes de la habitacin es:

Donde,

Diferencia de Temperatura de carga de Enfriamiento

Area

UCoeficiente global de transferencia de calor

Ganancia de Calor de Techos, Piso y Paredes

Para el clculo correspondiente depende de la estructura a la que estn formadas esto

componentes.

Techo: Se debe sacar primero la diferencia de temperatura de la carga de enfriamiento, es decir la

diferencia entre la temperatura al exterior de la habitacin con respecto a la temperatura al

interior, mediante la tabla 6.1 del libro de Edward Pita tomamos los datos de techo de concreto

ligero, y como temperaturas crticas podemos tomar entre 13 00 pm.

Es necesario realizar un factor de correccin para el CLTD del techo para esto tenemos la siguiente

formula, Tabla 6.4 Edward Pita:

[( ) ( ) ( ]

Donde,


LMCorreccin para Latitud

KFactor depende de color de techo

TrTemperatura del Recinto

ToTemperatura del Exterior

( )

( )

( )

[( ) ( ) ( ]

rea del Techo

Ganancia de calor del techo ser:

Pared: Las paredes al ser de la misma estructura la nica diferencia sera el rea de cada una

dependiendo si hay ventanas o puertas, el procedimiento debe ser el mismo que en el techo sino

la diferencia es el uso de la Tabla 6.2 de Edward Pita.

El material consultado en la clnica fue de Bloque de 4 in + aislamiento.

Pared Sentido Este direccin al Sol

( )

Es necesario realizar un factor de correccin para el CLTD de la pared para esto tenemos la

siguiente formula, Tabla 6.4 Edward Pita:

[( ) ( ) ( ]

( )

( )

[( ) ( ) ( ]

rea de Pared Este

Ganancia de calor de la pared este ser:

Pared Sentido Oeste direccin al Sol

Aunque en este caso el sol no irradie directamente ya que atrs de esta pared hay otros pasillos

cuyas temperaturas estn aclimatadas igual que en la habitacin.

( )



[( ) ( ) ( ]

( )

( )

[( ) ( ) ( ]

rea de Pared Oeste

Ganancia de calor de la pared oeste ser:

Pared Sentido Norte direccin al Sol

Aunque en este caso el sol no irradie directamente ya que atrs de esta pared hay otras

habitaciones cuyas temperaturas estn aclimatadas igual que en la habitacin analizada.

( )



[( ) ( ) ( ]

( )

( )

[( ) ( ) ( ]

rea de Pared Norte

El Area total seria de toda la superficie proyectada menos la superficie de la ventana.

Ganancia de calor de la pared norte ser:

Pared Sentido Sur direccin al Sol

( )



[( ) ( ) ( ]

( )

( )

[( ) ( ) ( ]

rea de Pared Sur

El Area total seria de toda la superficie proyectada menos la superficie de la Puerta.

Ganancia de calor de la pared sur ser:

Pared que forma Parte del Bao.

Igualmente sobre estas no irradian los rayos del sol.

Pared Sur Bao

( )



[( ) ( ) ( ]

( )

( )

[( ) ( ) ( ]

rea de Pared Sur de bao

Ganancia de calor de la pared sur bao ser:

Pared Este Bao

( )



[( ) ( ) ( ]

( )

( )

[( ) ( ) ( ]

rea de Pared Este de bao

El rea ser la proyectada menos el rea de la puerta.

Ganancia de calor de la pared este bao ser:

Piso: El piso de la habitacin es de azulejo, con esto seguimos el mismo procedimiento tanto para

techos y paredes, as encontrando el aporte calorfico del piso.

( )



[( ) ( ) ( ]

( )

( )

[( ) ( ) ( ]

rea del Piso = rea del Techo

Ganancia de calor del piso ser:

Ganancia de Calor de Ventana

La diferencia de temperatura de carga de enfriamiento del vidrio en la hora crtica de 12 00 pm

( )



[( ) ( ) ( ]

[( ) ( ) ( )]

rea Ventana

Ganancia de calor de la ventana ser:

Radiacin Solar a travs de Ventana

La energa radiante del sol pasa a travs de materiales transparentes como el vidrio y se

transforma en ganancia para el recinto, su valor vara con la hora, la orientacin, el sombreado y el

efecto de almacenamiento.

Donde,

Factor de ganancia mxima de calor solar.

Area vidrio

CS Coeficiente de sombreado

FCE Factor de carga de enfriamiento para el vidrio

( )

( )

( )

rea Ventana

La ganancia por radiacin solar en la ventana es:

Ganancia de Calor por conduccin e infiltracin en Puertas

Ganancia de Calor por conduccin en las puertas es:

Donde,


Area

UCoeficiente global de transferencia de calor

La frmula de ganancia de calor por infiltracin de la puerta es:

Donde,

Velocidad de Infiltracin del aire

DTCambio de temperatura del exterior al interior

E Coeficiente de prdida de calor en los extremos.

Puerta ingreso a Habitacin

Conduccin de calor

( )

Es necesario realizar un factor de correccin para el CLTD de la puerta para esto tenemos la


[( ) ( ) ( ]

( )

( )

[( ) ( ) ( ]

rea de Puerta

Ganancia de calor de la puerta ser:

Infiltracin

( )

( )

( )

La ganancia de calor de la puerta de ingreso es:

Puerta Bao

Conduccin de calor

( )



[( ) ( ) ( ]

( )

( )

[( ) ( ) ( ]

rea de Puerta

Ganancia de calor de la puerta bao ser:

GANANCIA DE CALOR POR LOS OCUPANTES

GANANCIA DE CALOR POR LOS OCUPANTES

CALOR SENSIBLE

los pacientes ocuparan el espacio las 24 horas del dia, y aproximadamente cada 36 horas ingresa un paciente nuevo con este tenemos que:

asumiendo las condiciones mas extremas de diseo, con los 3 pasientes, y con 4 visitantes por cada unos mas 1 enfermera que ingresa ha hacer controles tenemos un total de 16 personas en la sala de visitas.

CLF 0.333 W

Np 16

qs 65

QS qs Np CLF 346.32 W

QS 1171.04BTU

h

CALOR LATENTE

CALOR SENSIBLE EN EL PERSONAL MEDICO

El personal medico, se encuentra 8 horas en el espacio, con intervalos de ingreso a la habitacion de 2 horas, por lo que tenemos que:

CALOR LATENTE

qs/persona # personas CLF qs(w) qs(Btu/h)

sala de estar 65 16 0.33 343.2 1171.04

Qs Total 1171.04

qlp 30W

Npe 16

ql qlp Npe 480 W

ql/persona # personas ql(w) ql(Btu/h)

sala de estar 30 16 480 1637.82

Ql Total 1637.82

CLf 0.61

Qspe 70 W

Nup 1

Qsm Qspe Nup CLf 42.7 W

Qsm 145.69BTU

H

qs/persona # personas CLF qs(w) qs(Btu/h)

sala de estar 70 1 0.61 42.7 145.6984

Qs Total 145.6984

Qlm 45 W

GANANCIA DE CALOR POR ILUMINACION

en la sala existen 6 fuentes de iluminacion, tres lamparas para toda la habitacion, y una lampara hubicada en cad cama, cuando el paciente necesite de uz sin incomodar al resto

CALCULO DE LAMPARAS GENERALES

CALCULO DE LAMPARAS INDIVIDUALES

Npm 1

qlm Qlm Npm 45 W

qlm 153.54BTU

h

ql/persona # personas ql(w) ql(Btu/h)

sala de estar 45 1 45 153.5464

Ql Total 153.5464

nl 3

pl 72 W

fu 1.06

qelel nl pl fu 228.96 W

nli 3

pli 11 W

qeli nli pli fu 34.98 W

qiltot qelel qeli 263.94 W

# LAMPARAS W Ful Fsa q(w) q(Btu/h)

sala de estar 3 72 1 1.06 228.96 781.2439483

3 11 1 1.06 34.98 119.3567143

Qs Total 263.94 900.6006626

( )

( )

( )

La ganancia de calor de la puerta de ingreso es:

SALA DE VISITAS

NUMERO APARATOS ELECTRICOS qs(W) QS total(W) QS total(Btu/h)

3 TELEVISORES 90 270 921.2782409

3 MOTORES DE CAMAS 8 24 81.89139919

3 CELULARES 19 57 194.4920731

Qtotal 351 1197.661713

GANANCIA DE CALOR POR APARATOS ELECTRICOS

Componente Parte Ganancia de Calor (BTU/h)

Ganancia de Calor Total (Kw)

Techo Techo 703 0.20602894

Paredes Pared Sentido Este 1149.01 0.33674155

Pared Sentido Oeste 268.13 0.07858114

Pared Sentido Norte 98.54 0.02887922

Pared Sentido Sur 56.42 0.01653507

Pared Sur Bao 62.32 0.01826419

Pared Este Bao 56.51 0.01656144

Piso Piso 57.76 0.01692778

Ventana Ventana 157.01 0.04601508

Irradiacin Ventana 1025.07 0.30041833

Puertas Puerta Ingreso Conduccin

17.51 0.00513167

Puerta Ingreso Infiltracin

161.1 0.04721374

Puerta Bao Conduccin

11.93 0.00349634

Puerta Bao Infiltracin 142.8 0.04185054

Ocupantes Calor Sensible 1171.04 0.34319791

Calor Latente 1637.82 0.47999761

Personal Medico Calor Sensible 145.69 0.04269752

Calor Latente 153.54 0.04499813

Calor por iluminacion Lamparas Generales 228.96 0.06710155

Lamparas individuales 34.98 0.01025162

Ganancia de calor por Equipos Electricos

Televisores Motores

1197.66 0.35099946

Celulares

Suma 2.50188884

SELECCIN DEL SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO

Sistema de Filtro de Aire

Para la plicacin con sistemas que utilizan la conduccin de aire por ductos o tuberas, es

necesario por normas de higiene proteccin para el equipo de proveerle un filtro al inicio del

sistema (Sistema de filtrado es crucial para un sistema de aire), es por eso que escojemos el

siguiente sistema de filtrado.

En el catlogo Salvador Scoda Sa. fue el catlogo que se analiz.

|

Sistema de Aire Acondicionado Split

Este sistema sera el idoneo para una habitacin y en este caso para cada paciente en su apartado,

para esto ya calculado la ganancia de calor total de la habitacin se tomara como dato para en el

catalogo encontrar la capacidad de la mquina, esta tiene que ser mayor (inmediato superior) al

calculado.

Seleccin de Aire acondicionado Split

Catalogo Toshiba Leading Innovation

Aire Acondicionado Unidad Exterior Daiseikai Classic Unidad Interior RAS-B10N3KVP-E

La Capacidad es de 2.51 KW, suficiente para alimentar a el sistema de Splits en la habitacin, ya

que con los datos calculados anteriormente no es necesario poner un factor de garanta ya que se

calcularon en las peores condiciones.

Ilustracin 2 Unidad Interior (Condensador) y Unidad Exterior (Evaporador)

Sistema de Aire Acondicionado por Ductos

Este sistema no sera el idoneo para una habitacin ya que este se usa para aplicaciones en lugares

mucho mas grandes como en centros comerciales, Instituciones publicas o privadas, etc.

En el sistema exterior cuenta con un condensador y evaporador en el mismos sitema, de aqu sale

al sistema de ductos.

Primero Debemos encontrar en este caso un Condensador Vaporador cuyas capacidades sean

mayores a la ganancia de calor encontrado.

Seleccin de Condensador Evaporador

Catalogo Mebrafe

Condensador Evaporativo 60 Hz CETF 0470

La Capacidad es de 4 CV equivalente a 2.9 KW, suficiente para alimentar a el sistema de ductos en

la habitacin y aclimatrala a un ambiente confort.

Con la capacidad del Condensador Vaporador si abstece al amibiente, como vemos nos ofrece un

caudal de 75 m3/h, on esto mediante la mecnica de fluidos podemos sacar el diametro de los

ductos.

CALCULO DE DUCTOS

Para el dimensionamiento de los dimetros de los ductos, se realiza el siguiente procedimiento.

Con la siguiente deduccin, tenemos que:

Despejando tenemos que:

La velocidad en un ducto principal, para impulsin de aire, est en el rango de 6 a 10 m/s.

El ducto principal debe tener una posibilidad de dimetro mayor, esto para futuras posibles

ampliaciones en el sistema, por ende la velocidad ser de 6m/s.

Para el clculo de las prdidas de presin en los ductos, se realiza con el siguiente procedimiento.

Calculo del Nmero de Reynolds.

Donde:

(

)

(

)

(

) ( ) ( )

PERDIDAS DE PRESION POR CARGA.

ACCESORIOS VALORES DE K CANTIDAD K TOTAL

ENTRADA 1 1 1

T FLUJO DIRECTO 0.4 6 2.4

CODOS 90 0.7 4 2.8

Clculo de Longitudes Equivales

Entrada

Codos 90

Tee Fujo Directo

..

.

Esta longitud se utilizara para calcular el factor de coleebrok, y con iteraciones encontrar el

diametro y aproximarlo a uno comercial.

D (m) V (m/s) Q (m^3/s) Re f Dnom

0.0665 6 0.0208 25902.29 0.0363149 0.0659

0.0659 6.09 0.0208 26088.75 0.0363802 0.0649

CATALOGOS

Condensador Vaporador

http://www.salvadorescoda.com/tecnico/Cfil/Catalogo_Tecnico_Filtros_Aire_Julio2009.pdf

Sistema de Aire Acondicionado Split

http://www.toshibizate.com/Descargas/CATALOGO_2013.pdf

Sistema de Filtraje

http://www.logismarket.ind.br/ip/mebrafe-condensador-evaporativo-condensador-evaporativo-

catalogo-564333.pdf

Catalogo Tuberas Acero Galvanizado

http://www.tecnoval.com/Portals/3/pdfs/tb_hnsc.pdf

Maqueta y Simulacin

[1] http://www.definicionabc.com/tecnologia/aire-acondicionado.php

[2] http://termodinamica.us.es/termica/transparencias/Leccion7.pdf

[3] http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/what-is-steam.html

[4] http://www.slideshare.net/leo100/mezcla-aire-vapor-de-agua

[5] http://www.ecologiahoy.com/humedad-absoluta-especifica-y-relativa

Calculos Aire Acondicionado Cargas Habitacion de Clinica

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