T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
T2.- Carga Trmica Refrigeracin
Tecnologa Frigorfica (I.I.)
Ingeniera Elctrica y EnergticaMquinas y Motores Trmicos
Departamento:Area:
CARLOS J RENEDO [email protected]: ETSN 236 / ETSIIT S-3 28
http://personales.unican.es/renedoc/index.htmTlfn: ETSN 942 20 13 44 / ETSIIT 942 20 13 82
Las trasparencias son el material de apoyo del profesor para impartir la clase. No son apuntes de la asignatura. Al alumno le pueden servir como gua para recopilar informacin (libros, ) y elaborar sus propios apuntes
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
1.- Introduccin
2.- Espacios Refrigerados
3.- Transmisin de Calor
4.- Cargas Trmicas
5.- Aislantes
6.- Ejemplos de Clculo
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
CAMPOS DE UTILIZACIN
DEL FRO
Productos perecederos
Climatizacin
Baja temperatura
Aplicaciones industriales
Pequeas mquinas domsticas Refrigeracin Congelacin Almacenamiento Transporte Instalaciones Industriales (cerveza, leche)
De confort Climas industriales
Superconductividad Criogenia Metalurgia Biomdicas Liofilizacin (tambin en otros usos) Usos clnicos
Industria Qumica Construccin (Fraguado) Fbricas hielo Pistas patinaje
1.- Introduccin (I)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Mtodos de clculo de cargas trmicas: Cargas instantneas Funciones de transferencia Mtodos numricos
En el caso de las cargas trmicas de refrigeracin el proceso es bastante ms sencillo.
Para equipos de pequeas dimensiones basta normalmente la utilizacin de tablas. Sin embargo, para la utilizacin de tablas han de conocerse los fundamentos tericos.
1.- Introduccin (II)
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Requisitos que deben cumplir los espacios refrigerados: Aislamiento frente a la transmisin de calor. Barrera de vapor contra la humedad Sellado de juntas Puertas de acceso de dimensiones adecuadas Pero hermticas. Proteccin frente a focos de calor (pinturas, revestimientos)
2.- Espacios Refrigerados (I)
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Aislamiento frente a la transmisin de calorUn buen aislante debe satisfacer ciertos requisitos:
Resistencia mxima al flujo de calor Estabilidad: no se debe pudrir No debe ser inflamable No debe absorber humedad, ya que puede perder sus propiedades Debe ser a prueba de roedores e insectos Debe ser manejable y fcil de instalar Debe tener un precio razonable De fcil disposicin
2.- Espacios Refrigerados (II)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Barrera de vapor frente a la humedad
La mayor parte de los aislantes trmicos pierden sus caractersticas aislantes por la presencia de humedad en su interior
El agua acumulada puede apelmazar el aislante y hacer que ste pierda parte de sus propiedades (desplaza el aire)
Si el agua se llega a congelar, puede destruir las paredes del espacio refrigerado al dilatarse
Es habitual sellar la pared exterior, dejando juntas en la pared interior para evacuar la humedad, que se convertir en escarcha en el evaporador
2.- Espacios Refrigerados (III)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Barrera de vapor frente a la humedad
La mayor parte de los aislantes trmicos pierden sus caractersticas aislantes por la presencia de humedad en su interior
El agua acumulada puede apelmazar el aislante y hacer que ste pierda parte de sus propiedades (desplaza el aire)
Si el agua se llega a congelar, puede destruir las paredes del espacio refrigerado al dilatarse
Es habitual sellar la pared exterior, dejando juntas en la pared interior para evacuar la humedad, que se convertir en escarcha en el evaporador
2.- Espacios Refrigerados (III)
La humedad condensa si la T superficial es inferior a la de roco del aire
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
2.- Espacios Refrigerados (IV)
Puertas de acceso
Deben asegurar la continuidad del aislante. Por ello, a veces su peso es excesivo y necesitan slidos sistemas de anclaje
Otros casos, como las vitrinas expositoras, no se deben empaar
El cristal es un aislante pobre, por lo que la solucin pasa por varias capas con cmara de aire, nitrgeno, argn u otros gases nobles
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
2.- Espacios Refrigerados (IV)
Puertas de acceso
Deben asegurar la continuidad del aislante. Por ello, a veces su peso es excesivo y necesitan slidos sistemas de anclaje
Otros casos, como las vitrinas expositoras, no se deben empaar
El cristal es un aislante pobre, por lo que la solucin pasa por varias capas con cmara de aire, nitrgeno, argn u otros gases nobles
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
2.- Espacios Refrigerados (V)
Proteccin frente a focos de calor
Por puro sentido comn, no se debe situar maquinaria productora de calor cerca de los espacios refrigerados (calderas, etc.)
Si es posible, evitar el emplazamiento con el exterior expuesto al sol
Si no es posible, provocar sombras, pintar la superficie de color blanco o revestirla de aluminio
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
3.- Transmisin de Calor (I)
Para la transmisin de calor es necesario diferencia de T, transmitindose el calor de los cuerpos de mayor T a los de menor
La Termodinmica estudia los procesos de transferencia de energa en sistemas en equilibrio
La Transmisin de Calor complementa los principios de la Termodinmica, de manera que puedan determinarse aspectos tales como:
Velocidad de la transferencia de calor Estados intermedios
Los mecanismos de transmisin de calor: Conduccin, en el interior de los cuerpos Conveccin, entre slidos y fluidos Radiacin, a travs de un fluido, o el vaco
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CONDUCCION: en el interior de los slidosConductividad trmica, (W / m C), (tablas)
es funcin de la temperatura del material
0,043
0,1280,3-5
CorchoGranito
Hormign (seco)Ladrillo
2040,14-0,35
1386
AluminioCartn
CementoCobre
(W / m C)Material (W / m C)Material
413401392
200 K273 K400 K
(W / m C)Cobre
Conductores ( ) Aislantes trmicos ( )
Casos tpicos de conduccin trmica (I)1.- Para una pared de conductividad trmica
La resistencia de conduccin de la pared Rk = / A
kRpetpit
A
petpitpetpit
AP
=
=
=
3.- Transmisin de Calor (II)
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2.- Para una pared plana recubierta de un aislante de conductividad
=
=
= petptA
ptpitAP
AA
petpit
kRpetpt
kRptpit
+
=
=
=
3.- Para dos paredes en paralelo de reas A1 y A2 de material diferente, de igual espesor, , cada una de ellas con conductividad trmica, 1, 2Siendo Rk la resistencia trmica equivalente de las dos paredes
;kR
petpit
2kRpetpit
1kRpetpitPPP 21
=
+
=+=
2kR1
1kR1
kR1
+=
Casos tpicos de conduccin trmica (II)
=
=
A
petpt
A
ptpit
;kRkR
petpit
+
=
3.- Transmisin de Calor (III)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
L)ir/er(Ln
petpit
)ir/er(LnpetpitL
pi
pi
2
2
=
Casos tpicos de conduccin trmica (III)
=P
4.- Para una tubera cilndrica de conductividad trmica La resistencia de conduccin del tubo
5.- Tubera cilndrica rodeada de una vaina aislante de conductividad ,
=
L)ir/er(Ln
ptpit
pi2
2
kRpetpt
kRptpit
L)ir/er(Ln
petpt =
=
=
pi
;L
)ir/er(LnkTuboR pi2=
;kR
petpit =
;kRkR
petpit
+
=
=
=
= )r/er(LnpetptL)ir/r(Ln
ptpitLP
2
2 pipi
3.- Transmisin de Calor (IV)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
CONVECCION: entre slidos y fluidos
Coeficiente de transmisin de calor slido-fluido o coeficiente de conveccin, (W / m2 C); es variable con geometra del slido, la orientacin, la naturaleza del fluido y del tipo de conveccin
Existen dos tipos de conveccin:Forzada; el fluido en movimiento, una bomba, un ventilador, viento,
corriente de agua, etc; elevadoNatural, el fluido est en reposo, bajo
Dos tipos de fluidos:Gases tienen un bajo Lquidos poseen un elevadoEvaporaciones y condensaciones, ms elevado
3.- Transmisin de Calor (V)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
La transmisin de calor para una pared o una tubera rodeada por un fluido
Pudindose expresar el calor transmitido en funcin de la resistencia de conveccin (Rc) entre el slido y el fluido:
Entre una superficie y un fluido, para aumentar la transmisin de calor
Pasar de conv. natural a forzada, incrementando el coeficiente
Si el fluido es gas, se colocan aletas
;cR
ftpt
A1
ftptftptAP
=
=
=
(batera)
;1Ac
R =
3.- Transmisin de Calor (VI)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
La transmisin de calor para una pared o una tubera rodeada por un fluido
Pudindose expresar el calor transmitido en funcin de la resistencia de conveccin (Rc) entre el slido y el fluido:
Entre una superficie y un fluido, para aumentar la transmisin de calor
Pasar de conv. natural a forzada, incrementando el coeficiente
Si el fluido es gas, se colocan aletas
;cR
ftpt
A1
ftptftptAP
=
=
=
(batera)
;1Ac
R =
3.- Transmisin de Calor (VI)
50 a 10.000Forzada para agua10 a 200Forzada para aire20 a 100Natural para agua5 a 25Natural para aire
(W/m2C)Tipo de conveccin
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Dificultad en calcular , para ello existe formulacin de carcter experimental.
Correlaciones de ASHRAE conveccin natural aire:
Superficies cilndricas de dimetro exterior D(Si D < 0,1 m se toma D = 0,1 m)
Posicin vertical:
Posicin horizontal:
Superficies planas; (Si L H < 0,1 m se toma L H = 0,1 m)
Vert, altura H:
Hor. anchura L: Calor hacia abajo:Calor hacia arriba:
[ ] 25,0Dt42,1 =[ ] 25,0Dt32,1 =
[ ] 25,0Lt59,0 =[ ] 25,0Lt32,1 =
[ ] 25,0Ht42,1 =
Unidades?
3.- Transmisin de Calor (VII)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
3.- Transmisin de Calor (VIII)
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RADIACION: transmite el calor incluso en el vaco
La cantidad de calor que abandona un cuerpo:
= 5,67 10-8 (W / m2 K4) emisividad superficial, depende del color
411 tAP poremitido =
Cuerpo negro: radiador perfecto, =1Cuerpo gris, 0 < < 1
0,23Acero inox. pulido
0,55Acero inox. oxidado
0,07Plomo pulido
0,43Plomo spero
0,94Ladrillo
0,95Agua
0,9Tierra0,97Hielo
0,92Madera
0,88Nieve
0,05Aluminio pulido
0,26Aluminio oxidado
0,11EmisividadAcero pulidoMaterial
0,05EmisividadAcero oxidadoMaterial
3.- Transmisin de Calor (IX)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
1R =++
La energa recibida puede ser: Absorbida (), en equilibrio es igual a Reflejada (R ) Trasmitida (), [en los cuerpos opacos es nula]
Factor de forma F marca la posicin relativa de los cuerpos
F1-2 engloba 1, 2 , y la forma geomtrica y su posicin de los cuerpos
F1-2 en grficos
( )42412112 ttFAP poradoeintercept1poremitido =
3.- Transmisin de Calor (X)
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2A1AF
2A1AF
D/h
D/L
b/a
b/c
bc
a
2A
1A
h2A1A
DL
F1-2 en grficos en funcin de la geometra de las superficies
3.- Transmisin de Calor (XI)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
( )21121 ttAP ra = Coeficiente superficial de radiacin (r)
De esta forma:
FA1A2 en el interior de locales (20 a 30 m2, 2,5 a 3 m de altura)Techo-Suelo y 0,4Techo-Pared y 0,15
3.- Transmisin de Calor (XII)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Normalmente existe una combinacin de conduccin, conveccin y radiacinAlguno de los mecanismos puede ser despreciable
Para una pared plana que separa dos fluidos (radiacin despreciable).
;ceRkRciR
fetfit
ceRfetfit
kRpetpit
ciRpitfitP
++
=
=
=
=
Para aire acondicionado los efectos de la conveccin y los de la radiacin de forma conjunta, la norma ISO Para tuberas horizontales (0,25 < D < 1 m):Para tuberas y paredes verticales:
Unidades?tA += 05,0
tB += 09,0
5,55,3Acero galvanizado sucio2,72,5Aluminio brillanteBASuperficie
3.- Transmisin de Calor (XIII)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
El coeficiente global de transmisin de calor, K, es el inverso de la suma de resistencias trmicas considerando un rea de transmisin unidad:
R engloba todas las resistencias trmicas existentes.(series y paralelo)
Cuando se trata de un tubo, hay que hacer referencia si K est referido al rea interior (Ki) o al rea exterior del tubo (Ke)El calor transmitido queda en forma ms simplificada:
Se puede hablar de la K de un edificio (los cerramientos ponderados por su rea)
=
R1K
tAKP =
3.- Transmisin de Calor (XIV)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Dificulta la transmisin de calorLa resistencia de contacto es por la mala unin de dos superficies slidas
Hay que minimizar y eliminar las causas (filtracin y tratamiento del agua)La oxidacin y la corrosin son un problema que hay que evitar eliminando materiales que tiendan a provocarlas
Con el tiempo se deposita suciedad (incrustaciones)sobre las superficies, esto es un aislante trmico y dificulta la transferencia de calor
Su valor se determina con ensayos
3.- Transmisin de Calor (XV)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
INTERCAMBIADORES DE CALORTransferir calor entre dos fluidos, con separacin fsica por medio de una pared intermedia, o una masa acumuladoraFluido primario el caliente 1, y fluido secundario el fro 2El parmetro principal es el calor intercambiado o potencia trmica del intercambiador, PT; se corresponde con el calor que cede el fluido calienteSe llama fluido monofsico, contiene slo una fase, fluido bifsico el que contiene materia y gaseosa
3.- Transmisin de Calor (XVI)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
A partir de este punto es imposible realizarms intercambio trmico, t11 = t22
Tericamente la temperatura de salida de un fluido puedeigualar con la de entrada del otro, t11 = t22 y/o t12 = t21
Temperaturas caractersticas, limitan la posibilidad de intercambio trmico: La temperatura de entrada del fluido caliente, t11 en C La temperatura de salida del fluido caliente, t12 en C La temperatura de entrada del fluido fro, t21 en C La temperatura de salida del fluido fro, t22 en C
Flujos paralelos o en equicorriente; y contracorriente
3.- Transmisin de Calor (XVII)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Caudales caliente y fro, q1 y q2 en m3/s
Masas caliente y fra, m1 y m2 en kg/s
La densidad de los fluidos, 1 y 2 en kg/m3
El calor especfico de los fluidos caliente y fro, cp1 y cp2 en W/kg C
La capacidad calorfica de los fluidos caliente y fro, C1 y C2 en W/C, es el producto de masas por el calor especfico
La transferencia de calor por unidad de tiempo se utilizan las expresiones:(sin prdidas trmicas)
tAk)tt(cq)tt(cqP 21222p2m12111p1mT ===t la diferencia de T entre el fluido caliente y el fro a lo largo de la pared
Prdida de presin
3.- Transmisin de Calor (XVIII)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Tipos bsicos de intercambiadores de calor (I)Norma UNE-EN 247Medios que intercambian
Lquidos Gases (gran superficie, aletas, turbuladores) Lquido Gas (aletas, turbuladores)
Disposicin de la transferencia de calor Transferencia directa Con acumulacin o regeneracin (masa acumuladora) Lecho fluidizado
3.- Transmisin de Calor (XIX)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Tipos bsicos de intercambiadores de calor (II)
Mtodo de transferencia de calor Radiacin Conveccin Mixto
Tipo de fluidos Monofsicos Bifsicos Monofsico-bifsicoCon fluido intermedio
Posibilidades de limpieza
Posibilidad de dilatacin
3.- Transmisin de Calor (XX)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Tipos bsicos de intercambiadores de calor (III)
Tipo de diseo Carcasa y tubo Placas Flujo cruzado
Intercambiador de placasLas placas (no son planas) CavidadesCavidades alternadas por fluido caliente y froFlujo cruzadoModulares y desmontables
(si no son soldadas)Alta eficienciaSerie o paralelo
3.- Transmisin de Calor (XXI)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Tipos bsicos de intercambiadores de calor (IV)Intercambiador de carcasa y tubos (I)Normas TEMA (TUBULAR EXCHANGER MANUFACTURERS ASSOCIATION)Tubo dentro de otro tubo (curvado, enrollado) (1-1)
Equi o contracorrienteNo apto para grades caudales
Tubos concntricos Haces de tubos
3.- Transmisin de Calor (XXII)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Para incrementar la transmisin de calor: Lado de la carcasa: pantallas deflectoras, aumentar N pasos
Tipos bsicos de intercambiadores de calor (V)Intercambiador de carcasa y tubos (II)
3.- Transmisin de Calor (XXIII)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Para incrementar la transmisin de calor: Lado de los tubos; incrementar el n de pasos
Tipos bsicos de intercambiadores de calor (VI)Intercambiador de carcasa y tubos (III)
3.- Transmisin de Calor (XXIV)
Equi o contracoriente
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Tipos bsicos de intercambiadores de calor (VIII)Intercambiador de flujos cruzadosTpico en lquido, condensador o evaporador, y gas
a depende de la forma de la aleta (lisa, ondulada, )Se aproxima por la de la batera de tubos liso
3.- Transmisin de Calor (XXV)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
La diferencia de T a lo largo de la pared, t, es variable, se llama LMTD
=
o
i
oi
ttLn
ttt la diferencia de T de ambos fluidos a la entrada y salida del fluido caliente
LMTDAkPT =
t11
t12
t21t22
Clculos con intercambiadores (I)
ti = t11 - t22 [eq. t21]to = t12 - t21 [eq. t21]
3.- Transmisin de Calor (XXVI)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Clculos con intercambiadores (II)LMTDAkPT = LMTDFAkPT =Geometra compleja
2211
2122
ttttP
=
2122
1211
ttttZ
=
3.- Transmisin de Calor (XXVII)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Cuando se conoce es la descripcin fsica del intercambiador y t11 y t21 se puede hacer uso del concepto de eficacia trmica del intercambiador, t
tranferirdeposiblemximatrmicapotenciaadorintercambieleniatranferenctrmicapotencia
=t
)tt()cq()tt(cq
)tt()cq()tt(cq
2111mnpm
21222p2m
2111mnpm
12111p1mt
=
=
mnmnpm CAk
)cq(AkNTU ==
+
=
+
mx
min
CC1NTU
T
CC1
e1
mx
mn
+
=
mx
mn
mx
mn
CC1NTU
mx
min
CC1NTU
T
eCC1
e1ContracorrienteEquicorriente
)t(t)c(qP)t(tcq)t(tcqP 2111mnpmmx2122p2m21211p1m1T ===
Clculos con intercambiadores (III)
3.- Transmisin de Calor (XXVIII)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
+
=
+
mxmin
CC1NTU
T
CC1
e1 mxmn
+
=mx
mn
mx
mn
CC1NTU
mx
min
CC1NTU
T
eCC1
e1ContracorrienteEquicorriente
mnmnpm CAk
)cq(AkNTU ==
max
mn
CC
max
mn
CC
Clculos con intercambiadores (IV)
3.- Transmisin de Calor (XIX)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
4.- Cargas Trmicas (I)
CARGA TRMICA
Cargas Exteriores
Cargas Interiores
- A travs de las paredes/techo/suelo- A travs de superficies acristaladas- Por infiltracin de aire exterior por las puertas- Por entradas de aire exterior por las puertas
- Por el producto a refrigerar/congelar- Por cualquier equipo productor de calor- Por iluminacin- Por personas- Otras cargas
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Cargas Interiores por el Producto
( ) ( )[ ]ac0Tncongelacici0T TT'cTTcmQ ++=
4.- Cargas Trmicas (II)
Como es natural, la carga debida al producto depende de: Las condiciones en las que ste entre al espacio refrigerado (Ti) El calor especfico en refrigeracin (T > 0C), cT>o El calor latente (de congelacin, T = 0C), llllcong El calor especfico en congelacin (T < 0C), cT
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Cargas Interiores por el Producto
( ) ( )[ ]ac0Tncongelacici0T TT'cTTcmQ ++=
4.- Cargas Trmicas (II)
Como es natural, la carga debida al producto depende de: Las condiciones en las que ste entre al espacio refrigerado (Ti) El calor especfico en refrigeracin (T > 0C), cT>o El calor latente (de congelacin, T = 0C), llllcong El calor especfico en congelacin (T < 0C), cT
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Cargas Interiores por el Producto
4.- Cargas Trmicas (III)
Hay que tener en cuenta los kg de producto almacenado, y los del envoltorio
4 5Palets 0Productos congelados en general0Carnes frescas5Mantequilla congelada (cajas)
15 20Huevos frescos (cartones con alvolos)8 16Vegetales (cajas de madera)10 30Genrico
% peso delenvoltorioMaterial
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
En el caso de pequeos espacios refrigerados (V < 42 m3), se puede aplicar un mtodo de clculo simplificado
V es el volumen del espacio refrigeradof es un factor de uso (tablas)T es la diferencia de temperaturas
TfVQ =
1,954,86Alto1,303,57Medio0,972,92Bajo
CmaraCompartimento compactoUso
4.- Cargas Trmicas (IV)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Normalmente, ventiladores y sistemas de desescarcheOjo con los sistemas de desescarche (resistencias elctricas)
Cargas Interiores por los equipos
4.- Cargas Trmicas (V)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Normalmente, ventiladores y sistemas de desescarcheOjo con los sistemas de desescarche (resistencias elctricas)
Cargas Interiores por los equipos
4.- Cargas Trmicas (V)
ASHRAE
motor
nominalabsorbidac
PPq
==
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
4.- Cargas Trmicas (VI)
Depende del tipo de lmparasEs habitual considerar que toda la potencia se convierte en carga sensible
Incandescencia: x 1 Fluorescencia convencional: x 1,25
Fluorescencia electrnica: x 1,05Luminarias especiales para bajas temperaturas (estancas)
Cargas Interiores por la iluminacin
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
4.- Cargas Trmicas (VI)
Depende del tipo de lmparasEs habitual considerar que toda la potencia se convierte en carga sensible
Incandescencia: x 1 Fluorescencia convencional: x 1,25
Fluorescencia electrnica: x 1,05Luminarias especiales para bajas temperaturas (estancas)
Cargas Interiores por la iluminacin
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
4.- Cargas Trmicas (VII)Cargas Interiores por personas trabajando
[ ]WNqQ ppP =
1,6 km/h3,2 km/h4,8 km/h6,4 km/h
8090120140185255
80708080110170
SedentarioLigero de pieMedio de pieManualLigero (en fbrica)Pesado (en fbrica)
110130180270
5080110150
Andando
7075Paseando5575De pie, relajado3565Sentado, sin trabajar
Q LATENTEW
Q SENSIBLEWACTIVIDAD
Las personas desprende calor (sensible) y humedad (latente)
ASHRAE
390-20360-15330-10300-52700240521010
Q pers(W)T cmara
[ ]W)C(T6272q cmarap =
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
A modo de coeficiente de seguridad se puede considerar un valor tpico del 10%
4.- Cargas Trmicas (VIII)Otras cargas trmicas interiores
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
4.- Cargas Trmicas (IX)Cargas trmicas exteriores por cerramientos
TAUQ =
U (W/m2C) es la transmitancia trmica
=
TR1U
intconn1extconT RR...RRR ++++=RT es la resistencia trmica total (m2C/W)
R1 a Rn son las resistencias trmicas de los diferentes elementos que componen el cerramiento
Rcon ext y Rcon ext son las resistencias trmicas superficiales correspondientes al aire exterior e interior respectivamente
0,170,04Techo0,100,04Suelo0,130,04Pared vertical
Rcon intRcon estCerramiento
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
En este caso es necesario efectuar una correccin de la T de diseoSe deben sumar los siguientes valores a la T, teniendo en cuenta que el sol no puede incidir al mismo tiempo desde el este y desde el oeste
Acabado de la pared
1,633,3Pared sur35,56,6Pared este u oeste
5,51114TechoReflectanteMediaOscura
4.- Cargas Trmicas (X)Cargas trmicas exteriores por cerramientos expuestos al Sol
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
En este caso es necesario efectuar una correccin de la T de diseoSe deben sumar los siguientes valores a la T, teniendo en cuenta que el sol no puede incidir al mismo tiempo desde el este y desde el oeste
Acabado de la pared
1,633,3Pared sur35,56,6Pared este u oeste
5,51114TechoReflectanteMediaOscura
4.- Cargas Trmicas (X)Cargas trmicas exteriores por cerramientos expuestos al Sol
ASHRAE
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
4.- Cargas Trmicas (XI)Cargas trmicas exteriores por superficies acristaladas
En vitrinas, botelleros y expositores comercialesEntra calor por conduccin a travs del cristal (doble y triple vidrio con cmaras de aire), y directamente por radiacin (evitar radiacin directa de iluminacin)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
4.- Cargas Trmicas (XII)
QA es el calor en kW entrante con la puerta totalmente abierta ( ) ]h24/kW[FHg1)hh(A221,0Q m
5,05,0
int
extintintextA
=
( )5,1
33,0extint
m /12F
+=
A rea de la puerta (m2)hint entalpa del aire interior (kJ/kg)hext entalpa del aire exterior (kJ/kg)int densidad del aire interior (kg/m3)ext densidad del aire exterior (kg/m3)g gravedad (9,8 m/s2)H altura de la puerta (m)
Cargas trmicas exteriores por infiltraciones de aire exterior
Aperturas - cierres
]h24/kW[)E1.(DDQQ ftA =
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Cargas trmicas exteriores por infiltraciones de aire exterior
4.- Cargas Trmicas (XII)
]h24/kW[)E1.(DDQQ ftA =
QA es el calor en kW entrante con la puerta totalmente abierta
s
sA R
1
AQ)m(Alto)m(Ancho577,0Q =
ASHRAE
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Cargas trmicas exteriores por infiltraciones de aire exterior
s
sA R
1
AQ)m(Alto)m(Ancho577,0Q =
4.- Cargas Trmicas (XII)
]h24/kW[)E1.(DDQQ ftA =
QA es el calor en kW entrante con la puerta totalmente abierta
ASHRAE
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
4.- Cargas Trmicas (XII)
]h24/kW[)E1.(DDQQ ftA =
QA es el calor en kW entrante con la puerta totalmente abierta
Dt es el tiempo de permanencia de la puerta abierta t600.3
t60tPD abiertaaperturat
+=
P n de pasos por la puerta en el tiempo tTapertura puertas normales de 15 a 25 sTapertura puertas rpidas 5 a 10 s
Df es el factor de flujo de aire por la puerta comparado con apertura total
para flujo sin obstruir 1para 1 entrada por min en puertas rpidas
0,8 para saltos trmicos mayores de 11C1,1 para saltos trmicos menores de 11C
E es la efectividad de cierre la proteccin (cortina, cortina de aire, ) Entre 0,7 y 0,95, y 0 si no hay sistema
Cargas trmicas exteriores por infiltraciones de aire exterior
Aperturas - cierres
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
4.- Cargas Trmicas (XIII)Cargas trmicas exteriores por entrada directa de aire por las puertas
( )( ) ( ) apertura3intintext2inf Fgm/kg.kg/kJhh)m(Area)s/m(V)kW(Q =FApertura es la fraccin decimal del tiempo en que la puerta est abierta
Puerta directamente abierta
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Son materiales con un coef. Conduc. Tr. llll bajo (depende de la T)Los efectos de su instalacin son:
Disminuir las prdidas trmicas Evitar temperaturas de contacto peligrosas Evitar la condensacin sobre las superficies fras Impedir emisiones de calor incontroladas
5.- Aislantes Trmicos (I)
65Bronce
230Aluminio17Acero inoxidable
160Aleaciones de Al
50Acero
llll
(W/mC)Material
380Cobre1,3Azulejo1Plaqueta o baldosa
0,29Madera > 870 kg/m3
0,23Madera < 870 kg/m3
llll
(W/mC)Material
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
5.- Aislantes Trmicos (II)
10305
1111
100100202020
Resistencia al vapor de agua
1250,050Panel de vidrio celular
1900,062Perlita expandida
537,50,148Arcilla
300,029Poliestireno expandido 220,038
100,046
404040
37,537,5
Densidad(kg/m2)
0,050
0,031MW Lana mineral
0,025XPS expandido con HFC
0,041
0,034XPS expandido con CO2
llll
(W/mC)Material
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
5.- Aislantes Trmicos (III)
PUR, Plancha con HFC o Pentano y revestimiento impermeable a gases
2017,50,040PUR inyectado en tabique con CO2
PUR proyectado con CO2
1030
606010010060
Resistencia al vapor de agua
450,025
450,030
450,028Poliuretano, PUR proyectado con HFC500,032500,03545
Densidad(kg/m2)
0,027PUR, Plancha con HFC o Pentano y revestimiento permeable a gases
llll
(W/mC)Material
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MATERIALES AISLANTES ARTIFICIALES
Interponer capas intermedias en las que exista el vaco (el mejor aislante, pero es difcil de lograr y mantener); es decir, se interponen capas entre las que el calor se trasmite nicamente por radiacin
Normalmente se sustituye el vaco por aire, entre las capas de material se produce transmisin de calor por radiacin y por conveccinImportante que el aire est en reposo, y que no exista humedad dentro del aislante
Tambin se utilizan agentes espumantes, como el CO2
5.- Aislantes Trmicos (IV)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Aislantes ms utilizados:- Lana de roca- Lana de vidrio- Poliestireno expandido- Poliestireno extruido- Espuma de poliuretano- Espuma elastmera
5.- Aislantes Trmicos (V)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Lana de Roca Producto obtenido a partir de roca volcnica (roca basltica)Fabricacin: fusin (1.600C), formacin de fibras, aglomeracin y conformado
5.- Aislantes Trmicos (VI)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Lana de Roca Producto obtenido a partir de roca volcnica (roca basltica)Fabricacin: fusin (1.600C), formacin de fibras, aglomeracin y conformadoSe presenta en forma de mantas, paneles de diferente rigidez, coquillas, a granel e incluso mezclada con mortero para proyectarSe caracteriza por su gran resistencia al fuegoConductividad: 0,030 a 0,050 W/(mK)
5.- Aislantes Trmicos (VI)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Lana de VidrioProducto obtenido a partir de la slice (vitrificante) y el carbonato sdico (fundente)Fabricacin: fusin, formacin de fibras, aglomeracin y conformado
5.- Aislantes Trmicos (VII)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Lana de VidrioProducto obtenido a partir de la slice (vitrificante) y el carbonato sdico (fundente)Fabricacin: fusin, formacin de fibras, aglomeracin y conformadoSe presenta en forma de mantas, paneles de diferente rigidez, coquillas y a granelSe caracteriza por su buen comportamiento frente a la humedadConductividad: 0,040 a 0,060 W/(mK)
5.- Aislantes Trmicos (VII)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Poliestireno Expandido (EPS)Producto derivado del petrleo y del gas natural, del cual se obtiene el polmero plstico estireno en forma de grnulosSe introduce en un molde y se inyecta vapor de agua, expandindose los grnulos y adoptando la forma del molde
5.- Aislantes Trmicos (VIII)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Poliestireno Expandido (EPS)Producto derivado del petrleo y del gas natural, del cual se obtiene el polmero plstico estireno en forma de grnulosSe introduce en un molde y se inyecta vapor de agua, expandindose los grnulos y adoptando la forma del moldeSe presenta en forma de paneles de diferente rigidez y en formas varias mediante la utilizacin de moldes (bovedillas, etc. etc.)OJO: Es inflamable. Adems, es atacable por los rayos UV. Adems, tiene el inconveniente de absorber la humedad
5.- Aislantes Trmicos (VIII)
Adems de cmo aislante trmico, se utiliza en el embalaje de objetos frgilesConductividad: 0,030 a 0,045 W/(mK)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
5.- Aislantes Trmicos (IX)Poliestireno Extrusionado (XPS)Composicin similar al EPS, se diferencia en el proceso de conformado.La extrusin da lugar a una estructura de celda cerrada, lo cual supone que este aislante puede mojarse sin perder sus propiedades trmicasConductividad: 0,025 a 0,035 W/(mK)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
5.- Aislantes Trmicos (X)Espuma De Poliuretano (PUR)Producto obtenido mediante la reaccin qumica de un poliol y un isocianato, la cual produce CO2, que va formando las burbujasSus aplicaciones son muchas (gomaespuma en colchones, muebles, automocin, etc)Conductividad: 0,030 a 0,040 W/(mK)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
5.- Aislantes Trmicos (XI)Espuma ElastmeraProducto de celda cerrada obtenido a partir de caucho sinttico flexibleSe emplea para el aislamiento trmico de tuberas y depsitosConductividad: 0,030 a 0,040 W/(mK)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Qu capacidad de refrigeracin hace falta para producir diariamente 68 kg de hielo a -9C partiendo de agua a 21 C?
6.- Ejemplos de Clculo (I)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Cunto calor entra por la paredes de un refrigerador domstico de 1,5 m de altura, 0,9 m de ancho y 0,75 m de fondo, aislado con poliestireno expandido de 4 cm de espesor, llll = 0,037 W/mK, si la temperatura en el interior es de 4C y en el exterior de 24C?
6.- Ejemplos de Clculo (II)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
6.- Ejemplos de Clculo (III)
Calcular el coeficiente de transmisin trmica de una pared compuesta de: Tablero contrachapado de alta densidad de espesor 2 cm Poliestireno extrusionado con CO2 de espesor 8 cm Revestimiento de PVC de espesor 0,2 cm
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
6.- Ejemplos de Clculo (IV)
Una pared est formada por un tabicn de LHD de 7 cm y una plancha de poliestireno expandido de media densidad y espesor 3 cmCalcular el espesor de poliestireno equivalente
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Calcular la carga de refrigeracin de una cmara de 6x6 m de planta y 2,5 m de altura que se utilizar para refrigerar 12.000 kg de albaricoques diariamente, desde la temperatura ambiente (26C) hasta 1,5C. Los cerramientos de la cmara tienen 10 cm de EPS de media densidad.Considerar que la cmara es de color blanco y su uso espordicocp = 3,85 kJ/kg/C
6.- Ejemplos de Clculo (V)
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Revista:Coxemar
6.- Intercambiadores de calor (V)Bibliografa del Tema
Cmaras Frigorficas y Tneles de Enfriamiento RpidoP. Melgarejo
Gua del Transporte FrigorficoInstituto Internacional del Fro
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Ingeniera Trmica P. Fernndez, UC
DTIE 12.01. Clculo del Aislamiento Trmico de Conducciones y EquiposA. Viti
Gua Tcnica: Diseo y Clculo del AislamientoTrmico de Conducciones, Aparatos y EquiposIDAE
Bibliografa del Tema
T2.- Carga Trmica de Refrigeracin
Revistas nacionales: El Instalador Montajes e Instalaciones
http://www.armaflex.es/http://www.isover.net/http://www.rockwool.com/http://www.ursa.es/
http://www.lym.com.mx/index.htmlhttp://www.hoval.es/default.htmhttp://www.sedical.com/web/inicio.aspx
Catlogos Sedical
Bibliografa del Tema
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