UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Laboratorio de Aire Acondicionado y Refrigeración EXPERIENCIA 1: CÁLCULO DE CARGA DE ENFRIAMIENTO DE UN RECINTO MEDIANTE UN LEVANTAMIENTO DE SITIO OBJETIVO: •
Mediante un levantamiento de datos métricos, calcular las ganancias de calor de un recinto climatizado en paredes, techo, piso, ventanas de vidrio, puertas, entre otros componentes; y considerar también las ganancias de calor por convección de personas, equipos, ventilación, fugas y alumbrado.
Marco Teórico El acondicionamiento de aire es un proceso el cual muchas personas personas dependen para poder realizar el trabajo, por ejemplo ejemplo en oficinas, oficinas, escuelas, escuelas, instituciones gubernamentales, pues hay hay estudios en los que se demuestra que el ser humano necesita un confort adecuado adecuado para mantener un desempeño desempeño ideal. No sólo se limita al trabajo, también se adecúa a mejorar la calidad de vida de las personas, ya sea que quiera la persona tener mayor comodidad en su hogar; sino también en situaciones de salud donde las condiciones ambientales son fundamentales para tratar a personas con alguna enfermedad, por ejemplo en los hospitales. Es por ello que diversos autores en el área de aire acondicionado hicieron estudios precisos y concretos; tabulados y normalizados por organizaciones extranjeras ratificadas. El cálculo de las cargas de un recinto consiste en analizar la información disponible de dimensiones, equipos, iluminación, ventilación y los conceptos de transferencia de calor de un material a otro en el recinto de manera sistemática y sectorizada. El enfoque se da aquí al consumo de energía para enfriamiento BTU/h, sin tocar calefacción. El ejemplo de estudio de caso que aquí se presenta se refiere al edificio 1 de la U TP, en el salón de laboratorio SO3 de construido en Panamá a finales finales de los años 90. Su objetivo es desarrollar una metodología de cálculos de carga de enfriamiento, con herramientas de MS Excel y Dibujo ó Esquematizado con Visio o Autocad , además de puntos de referencia apropiados.(tablas del libro de Pita). Materiales -Cuadernillo -Pluma -Cinta métrica
-Tablas de Materiales
PROCEDIMIENTO 1. Establecer las condiciones del recinto, del exterior y de la geografía del sitio de diseño. - BS(°F) en recinto 75 y exterior 92 - W(g/lb) en recinto y exterior - Rango diario: 15.8 °F - Mes: Marzo - Hora: 15:00 - Latitud: 8’92° 2. Calcule las áreas de las paredes. Pared Norte
A = 199.13 ft A = A = 199.13 ft Pared Sur
A = 199.13 ft A = A = 199.13 ft Pared Este
A = 162.49 ft AV = 17.88 ft AP = 41.5 ft A = A − AV − AP A =103.11 ft Pared Oeste
A = 162.49 ft AV = 34.83 ft A = A − AV − AP A =127.66 ft 3. Calcule las áreas del vidrio. Pared Norte
AV = 0 ft Pared Sur
AV = 0 ft
Pared Este
AV = 20.72 ft Pared Oeste
AV = 34.83 ft 4. Calcule áreas de piso.
APs =622.71 ft
5. Busque todos los coeficientes U para las paredes en la tabla 6.3
°F ℎ ft R =0.68 °F 3 ℎ ft R =0.2x(8) =0.075 °F ℎ ft R " =0.71 °F ℎ ft R =0.17
U= ∑ = +∗ + "+ U=0.584 °
6. Busque todos los coeficientes U para el vidrio de la tabla A.8
U =1.04 °
7. Busque el coeficiente U del techo de la tabla 6.1 Ya que el piso que está por encima del que estamos analizando se encuentra acondicionado, consideramos que la U no es necesario calcularla, debido a que la diferencia de temperaturas entre una y otra es la misma. Pero si fuese necesario calcularse, se haría de la siguiente forma:
°F ℎ ft R =0.68 °F ℎ ft R =0.2x2 =0.4 °F 1 ℎ ft R " = 0.158
U= ∑ = ∗ +∗ + " U=0.12 ° 8. Busque los coeficientes U de la puerta, piso y particiones en la tabla A.7
°F ℎ ft R = R Tabla A.4=1.25 =0.53 U=.∗. °
No existen particiones, puesto que no hay divisiones entre áreas acondicionadas y sin acondicionar.
U= 0 °
9. Busque DTCE de las paredes en la tabla 6.2 Pared Norte
DTCE=19°F Pared Sur
DTCE=38°F Pared Este
DTCE=36°F Pared Oeste
DTCE=28°F 10. Busque DTCE del vidrio en la tabla 6.5 Pared Norte
=0°F Pared Sur
DTCE=0°F Pared Este
DTCE=13.5°F Pared Oeste
DTCE=13.5°F 11. Busque DTCE del techo en la tabla 6.
DTCE=36°F
12. Busque DTCE de la puerta.
DTCE=30°F
13. Busque LM de la tabla 6.4 para paredes, techo y puertas que no sean de vidrio Pared Norte
=−3°F Pared Sur
=−4°F Pared Este
=−1°F Pared Oeste
LM=−1°F Techo
LM=0°F 14. Busque FGCS de la tabla 6.6 Pared Norte
=37 ℎBtuft Pared Sur
=55 ℎBtuft Pared Este
=241 ℎBtuft Pared Oeste
=241 ℎBtuft 15. Busque CS de la tabla 6.7 Pared Norte
=0
Pared Sur
=0
Pared Este
=1
(Vidrio Sencillo Claro de ¼”, sin sombreado interior)
Pared Oeste
=1
(Vidrio Sencillo Claro de ¼”, sin sombreado interior)
16. Busque FCE de la tabla 6.8 Se calculará un FCE, considerando que la construcción del recinto es M: Pared Norte
=0
Pared Sur
=0
Pared Este
=0.2
(Con sombreado interior)
Pared Oeste
=0.4 (Sin sombreado interior) 17. Calcule el factor K. = Coeficiente de transferencia de calor, w=pared, = Área de la pared = Coeficiente de transferencia de calor, g=vidrio = Área del vidrio Pared Norte
= = +=..+. ° Pared Sur
= = +=..+. ° Pared Este
= = +=..+.. ° Pared Oeste
= = +=..+.. ° 18. Calcule el nivel total de Watts de alumbrado. W=capacidad del alumbrado en Watts FB= Factor de Balastra=1.25 (Debido a que el alumbrado es incandescente) FCE=Factor de carga de enfriamiento para el alumbrado (Las tablas para este no son presentados en el libro de texto, ya que el autor considera que los efectos de almacenamiento de calor para el alumbrado se deben usar con extrema precaución.). Por lo que se usará 1. Q=3.41*W*FB*FCE Q= (3.41 Btu/h Watts) *(27*11) Watts*1.25*1 =1265.96 Btu/h ( Factor de Conversión 3.41 Btu/h=1Watts) 19. Busque Q S y Q L de las personas en la tabla 6.11 s, = ganancias de calor sensible y latente por persona (Se ha tomado que la actividad es: Sentado, trabajo muy ligero, escritura) n=Número de personas FCE=Factor de carga de enfriamiento para las personas (Debido a la dificultad de estimarlo, se tomará su máximo valor que es de 1) s= s*n*FCE=(230)*(36)*(1)= 8280 Btu/h = *n= (190)*36=6840 Btu/h
q q
Q q Q q
20. Busque FCE de personas en la tabla 6.12 FCE=Factor de carga de enfriamiento para las personas (Debido a la dificultad de estimarlo, se tomará su máximo valor que es de 1). Acción indicada por el profesor de Teoría.
FCE=1 21. Coloque porcentajes de pérdidas en ductos. =0.05*(8280+6840+1265.96+) 22. Coloque los CFM de ventilación y las ganancias forzadas. =10 (CFM mínimo por persona para escuelas, salones de clases). CT= Cambio de temperatura entre el aire exterior e interior. ′ = Relación de humedad exterior e interior, g de agua/lb aire seco. s= * CFM*CT=(1.1)*(10)*(92-75)= 187 Btu/h ( ′ = )= 0.68*(10*())= Btu/h
CFM = Flujo de Aire de ventilación W ,W ´ Q 1.1 Q 0.68∗CFM∗ W − W ´
23. Obtenga la carga final en toneladas.
II. Actividades adicionales 1. Elabore una lista de todas las suposiciones que está realizando para el cálculo de carga del salón. En ellas deberá incluir aspectos como: Lista de suposiciones: -
El diseño se realizará para Ciudad de Panamá, Panamá. Para la época de verano en el mes de marzo a las quince horas.
-
Orientación norte se asumió hacia el tablero.
-
El recinto estará acondicionado en un horario de 7:00 a.m a 11:00 p.m. Por lo tanto, de la tabla 6.12, para horas totales en el recinto de 16 horas y hora de diseño a las 15 horas, se apaga de noche el equipo, CLE=0.95 1.
≈
-
El recinto se encuentra con el exterior a todos los puntos cardinales. El piso superior también esta acondicionado.
-
Las paredes tienen un repello liso, de espesor, según de la norma CAPAC de 3/8”.
-
Distancia de 1.1 metros del cielo raso a losa, el primero es fibra mineral c on aglo. de resina.
-
Los vidrios tienen un espesor de 1/4 ”.
-
La ventana este tiene sombreado interior, mientras que la oeste no tiene sombreado interior.
-
Puerta de 1.5” de espesor.
a. Número de personas en el salón: 36 personas. b. Tipo de vidrios: Vidrio plano (Vidrio sencillo, claro). c. Calor emitido por máquinas: El mismo es despreciable debido a que es casi nulo el uso de los mismos dentro del recinto, o son utilizados por tiempos cortos. d. Estimación de la ganancia de calor en ventiladores: 2 pulgadas de agua dentro del ducto ventilado e. Material de la pared: Bloques de concreto de tres huecos ovalados (agregado de arena y grava). f.
Material de la puerta: Madera triplay.
g. Material del piso: Loseta de asfalto h. Material del techo: Losa postensada (concreto ligero de 6 pulgadas) con repello de 2 “ .
-
Retorno de aire tipo cámara plena ( espacio de cielo. Espesor de Puerta=1.5”
Seleccionar de manera adecuada los parámetros necesarios para el cálculo de las ganancias de calor por conducción, convección y radiación. a. Número de personas en el salón: 36 b. Tipo de vidrios: c. Calor emitido por máquinas: d. Estimación de la ventilación: e. Material de la pared: f. Material de la puerta: g. Material del piso: h. Material del techo:
2. Incluya un esquemático o vista de planta del salón 3. Confeccione una hoja electrónica para realizar los cálculos de carga de enfriamiento en base a los datos recolectados en el punto anterior. BIBLIOGRAFÍA -ASHRAE Fundamentals Handbook, 2009. -Pita. Edward. Acondicionamiento de Aire, Principios y Sistemas, Editorial CECSA, México, 2000.