CASO- CALCULO TERMICO PARA SALA ELECTRICA

GENERAL

1.1 Comentarios Generales

Se están siguiendo las especificaciones generales de diseño establecidas en ASHRAE para

el análisis mostrado en esta memoria.

El arreglo de los equipos eléctricos se muestran en el anexo 7.1

1.2 Alcance

Determinar la carga térmica (Calor disipado por los equipos al interior de la sala y

transferido hacia el exterior) y Ventilación requerida (CFM) para la sala eléctrica localizada

a 4800 msnm.

1.3 Definiciones y Abreviaturas

1.4 Condiciones Generales de Sitio

Altura : 4800 msnm

Temperatura ambiente min/max : -22/18°C

Temperatura de diseño en sala : 24°C

Máxima Humedad Relativa : 50%

1.5 Normas Técnicas y Reglamentación

En esta memoria de cálculo se han seguido los siguientes estándares, normas y

recomendaciones

ASHRAE : American Society of Heating, Refrigerating & Air Conditioning

Engineers.

SMACNA : Sheet Metal and Air Conditioning Contractors National Association.

Los estándares específicos para este proyecto son:

ASHRAE Data Book, Fundamentals Volume, Edition 1972

SMACNA Technical Guide HVAC, Third Edition.

Abreviaturas Descripción HVAC Heating Ventilation Air Conditioning.

CFM Cube Feet per Minutes.

2. HIPOTESIS DE CÁLCULO

2.1 Altura y Presión Atmosférica

Altura : 4800 msnm.

Presión Atmosférica : 0.56 bar

Fuente: Altura indicada en especificaciones del cliente y presión atmosférica calculada con la

relación: P = P0.e–Z/8000, Departamento de Máquinas y Motores Térmicos of Escuela

Universitaria Politécnica de San Sebastián, Spain, basado en ASHRAE Fundamentals

Handbook, 1989.

P = Presión Atmosférica de sitio.

P0 = Presión al nivel del mar (1.013 bar)

Z = Altura de sitio. (m.)

2.2 Temperatura y Humedad Relativa

Exteriores

Máx. temperatura : 18°C

Mín. temperatura : -22°C

Humedad Relativa : 50%

Interiores

Máx. temperatura : 24°C

Humedad Relativa : 50% (no controlada)

La Sala Electica será seteada a 24°C para no exceder el límite máximo permitido.

2.3 Filtraciones

En Sistemas de Aire Acondicionado, las filtraciones de calor son debido a la apertura de

alguna puerta. Por ejemplo, en sistemas de refrigeración, cuando una puerta es abierta, el

aire del exterior se filtra a la sala y una parte de aire frio de la sala va hacia el exterior. Este

aire exterior filtrado hacia el interior de la sala incrementa en un delta de calor.

Para este proyecto, el calor de filtración no es considerado por que las puertas permanecen

cerradas la mayor parte del tiempo.

2.4 Iluminación y Equipos

Iluminación La perdida de calor por iluminación está en función del área. Se ha considerado 1.6 Kcal/pie2,

(WOODS OF COLCHESTER, “Guía práctica de ventilación para ingeniería”. Ed. Blume, Spain. Page 32). Este valor convertido a Watts es de 20 W/m2. Por lo tanto la pérdida de calor por iluminación es:

(14 m x 4 m) x 20 W/m2 = 1120 W (Se considera el escenario más desfavorable para el cálculo de cargas térmicas)

Equipos La Tabla Nº 1 se aprecia las pérdidas de calor de los equipos instalados dentro de la sala eléctrica (Se considera el escenario más desfavorable para el cálculo de cargas térmicas)

En total 6809 W

2.5 Personal de Operación

La carga térmica producida por una persona está en función a su actividad física. En la tabla

N°2 podemos apreciar el calor disipado por una persona para cada caso.

Tabla Nº 2

Calor disipado por las personas según actividad

Sentado trabajando

Haciendo instalaciones eléctricas

Caminando a 5 km/h

Caminando a 7 km/h

100 kcal/h

150 kcal/h

250 kcal/h

350 kcal/h

Fuente: WOODS OF COLCHESTER, “Guía práctica de ventilación para ingeniería”. Ed.

Blume, Spain. Page 37.

Para este proyecto se ha considerado:

Una persona trabajando 24 h/dia y otra persona trabajando 12h/días, también se ha

considerado que el 90% de este tiempo se trabaja sentado y 10% se trabaja haciendo

instalaciones eléctricas (Se considera el escenario más desfavorable para el cálculo de

cargas térmicas).

De acuerdo a la tabla N°2, el 90% de calor disipado de una persona sentada y trabajando es

de 90 Kcal/h, y el 10% de una persona haciendo instalaciones eléctricas es de 15 Kcal/h.

entonces, el calor disipado por una persona es de 105 Kcal/h.

Finalmente, el calor total disipado por personal de operación será de:

1, 5 personas x 105 kcal = 157,5 kcal/h = 183 W

2.6 Conductividad Térmica

Aire : 0,02 W/m-K

Panel Lana de Roca : 0,49 W/m-K

Acero : 52 W/m-K

2.7 Calor transferido por Conducción

El calor transferido puede ser definido como la energía transmitida de un lugar a otro, como

consecuencia de un gradiente de temperaturas entre ambas locaciones. La energía térmica

puede ser transferida de tres formas: Por Conducción, Por convección y por Radiación.

Para este proyecto se ha considerado solo el calor transferido a través de las paredes de la

sala eléctrica. La transferencia de calor con convección y radiación, no tienen un impacto

significativo en este caso.

El calor por conducción a través de una pared plana se calcula de la siguiente expresión:

n

i i

i

outind

k

xTTA

Q ………….. …………….…. (1)

Donde:

Q : Calor transferido por conducción, W.

A : Área de transferencia, m2.

K : Coeficiente de conductividad térmica, W/m.K.

x : Espesor de pared, m

Tind : Temperatura interior, K.

Tout : Temperatura exterior, K

3. CARGA TERMICA

3.1 Ganancia de Calor en Sala

De acuerdo a los cálculos realizados en 2.4 y 2.5, tenemos:

(Se considera el escenario más desfavorable para el cálculo de cargas térmicas)

Equipos : 6 809 W

Personal de Operación : 183 W

Iluminación Interior : 1 120 W

Calor Total disipado : 8 110 W

3.2 Perdida de Calor (hacia fuera de la sala)

Paredes Tabla Nº 3

Pared Material ∆ X (mm) 

Exterior Acero 1.9 

Panel de lana de Roca Lana de Roca 76 

Aire (0m/s) Aire 10 

 

Total (Espesor de pared)) 100  Piso Para este cálculo se han considerado dos áreas, el área entre las vigas H y los canales C

estructurales y el área propia de los canales C.

Tabla Nº4

Piso Material ∆ X (mm) 

Plancha de piso Acero 6.35 

Aire (0m/s) Aire 200 

Panel de lana de Roca Lana de Roca 76 

Total (Espesor de piso) 283 

Cielo Raso Tabla Nº 5

Techo Material ∆ X (mm) 

Panel de lana de roca Lana de roca 76 

Aire (0m/s) Aire 50 

Planchan exterior de acero Acero 1.9 

Total (Espesor de Techo) 128  Calor Transferido Tabla Nº 6

Calor Transferido por paredes kW -0.339 Calor Transferido por techo kW -0.165 Calor Transferido por piso kW -0.165 Sub Total kW -0.668

Calor Transferido por Ventilacion- (PREZURIZACION) 1.08xQx(Text-Tsala)x0.293 = -4.101 kW Donde: Q = 1200 CFM Tex = 18 °C Tsala = 24 °C

Perdidas de calor transferido hacia el exterior Las pérdidas de calor han sido calculadas a la temperatura de 18°C y una temperatura de sala de 24°C (delta de temperatura de -6°C) La sala está recubierta por aislante térmico en su integridad y el calor es disipado a través de este aislamiento térmico. Para la condición más crítica (18°C T. Ambiente), se debe disipar: nVentilacioParedesSalatotal QQQQ ¨

Q total: 8.110 kW +-0.668 kW + -4.101 = 3.341 kW

3341 W/3516 = 0.95 Ton.

Para una altura de 4800 msnm se considera 1.62 como factor de corrección por altura y 0.714 como factor de calor sensible del equipo.

Total: 0.95 x 1.62 / 0.714 = 2.16 Ton.

Por lo tanto se requiere como minimo 1+1 equipos de 5 Ton de refrigeración para cubrir un requerimiento de 2.16 Ton de refrigeración.

4. EQUIPOS: AIRE ACONDICIONADO

Cantidad: 02

Se seleccionaran unidades de 6 TONs por estandarización del proyecto

De acuerdo a los cálculos es necesario 1 equipos de 6 Ton. Mas 1 equipo de redundancia

CARACTERISTICAS:

CAPACIDAD: 6 Ton

Marca: BARD o Similar

Modelo: W70A

Voltaje: 460 V

Fases: 3Ø

Frecuencia: 60 Hz

Filtro: sintetico lavable

Condiciones de Operación:

Altura: 4800 msnm

Temperatura ambiente: -22 a 18 °C

Humedad relativa promedio: 50% (No controlado)

UBICACIÓN DE EQUIPOS:

Básicamente el flujo de aire de insuflamiento (aire frio proveniente de los equipos de aire

acondicionado) no debe tener obstáculos en su recorrido inicial, se debe propiciar un flujo

continuo y que abarque las zonas de mayor calor dentro de la sala.

Cada equipo será controlado por un termostato seteado a 24°C con el objeto de evitar

temperaturas superiores a 25°C dentro de la sala.

5. PRESURIZACIÓN

OPERACIÓN:

El flujo de aire del sistema de aire acondicionado no es tomado en cuenta para este cálculo

ya que este flujo forma parte de un sistema cerrado.

Se usara aire filtrado para prevenir el ingreso de polvo, a su vez este aire será inyectado a

una presión de 0.125” H2O (31 Pa).

SELECCIÓN DE EQUIPO

Se utilizara la condición cuyo valor en “cfm” sea mayor.

Condicion 1, presión al interior 31 MPa (0.1” de H2O)

Para presurizar la sala eléctrica a 0.125” H2O (31 Pa), El valor de presión de diseño debe ser

mayor a 31 Pa.

PAfxQ .8.021191 ……(1)

P: Presión (Pa) = 31 Pa

A: Área de filtraciones en puertas (m2). = 0.078 m2

.f : Factor de correcion por altura =1.62

Q1: Flujo (cfm) = 1195 cfm

Condicion 2, Velocidad de salida con la puerta de acceso abierta 60 pies/min

fxAxVQ 2 …………………(2)

V: Velocidad del aire (pies/min) = 60 pies/min

A: Área de la puerta abierta (pies2) = 23.68 pies2

.f : Factor de correcion por altura =1.62

Q2: Caudal (cfm) = 2302 cfm

Condicion 3 Numero minimo de renovaciones por hora = 4.

Aire inyectado por ventilador

Q

31 Pa

tVfQ /43 ……………………(3)

V: Volumen de sala (pies 3) : 6 328 pie3

.t: Tiempo : 60 min.

.f : Factor de correcion por altura :1.62

Q3: Caudal : 683 cfm

Las características del ventilador serán entonces:

Caudal: (Q) = 2302 CFM es el caudal mínimo requerido

Presión: ∆Pmin: 0.125“ H2O (3 mm)

Voltaje: 460 V

Fases: 3Ø

Frecuencia: 60 Hz

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1. El sistema de aire acondicionado mantendrá la temperatura de la sala a 24°C en las

condiciones más críticas. Este diseño garantiza que la temperatura dentro de la sala no llegará

a ser superior a 25 °C.

2. Dos equipos (2) equipo de aire acondicionado de 6 TON de refrigeración será requerido para

mantener un flujo uniforme y una temperatura uniforme dentro de la sala.

7. ANEXO

7.1 Ubicación de equipos

7 -Aire Acondicionado 5 TONs 8- Presurizador 2300 CFM