Sistemas de Aire Acondionado y Climatizacion - Monografia

Monografía

AÑO DE LA DIVERSIFICACION PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA

EDUCACION

TITULO: SISTEMAS DE ACONDICIONAMIETO DE AIRE Y CLIMATIZACION

INTEGRANTES: VILLANUEVA LAGUNA MISSAEL ISAAC

FERNANDEZ NEYRA ROY ELVIS

CAPRISTANO MORENO RONALD PABLO

FACULTAD: INGENIERIA

ESCUELA: MECANICA ELECTRICA

AÑO: 2015

DEDICATORIA

Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 1

Monografía

A todos aquellos jóvenes y personas en general que están dispuestos a agrandar

sus ideas, con una finalidad de tener un rango más amplio en este tema acerca

del Aire acondicionado y Climatización, y poder así facilitar o ayudarles mediante

este trabajo a aclarar cualquier duda en especial acerca del tema, y más aún una

finalidad muy grande la cual es sembrar el conocimiento en ellos para así tener

una juventud dispuesta a superarse gracias a estos contenidos y cada día sean

más las personas y tener así una gran generación de bien.

AGRADECIMIENTO


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En primer lugar agradecer a Dios que nos concede el día a día y elaborar nuestra

investigación la cual lo estamos dejando este trabajo en manos de los jóvenes y

personas en general, segundo agradecer a nuestro profesor por dejar en nosotros

esta investigación con el fin de explorar más aun nuestros temas dentro de

nuestra carrera y por ultimo agradecer a nuestros padres que nos ceden el

permiso para la reunión con nuestros compañeros y el apoyo que nos brindan al

motivarnos a seguir con nuestra carrera y también en lo económico para finalizar

con nuestros trabajos; en conclusión nuestro agradecimiento va dirigido a todas

aquellas personas que nos brindaron sus conocimiento y apoyo para la

elaboración de nuestro trabajo.


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INDICE

DEDICATORIA……………………………………………………………………… 2

AGRADECIMIENTO…………………………………………………………………3

INTRODUCCION…………………………………………………………………….6

I. GENERALIDADES DEL AIRE ACONDICIONADO Y CLIMATIZACION.…...7

I.1 HISTORIA DEL AIRE ACONDICIONADO…………………………………...7

I.2 DEFINICION……………………………………………………………………..7

I.3 TIPOS DE EQUIPOS…………………………………………………………...8

I.3.1 COMPONENTES DEL EQUIPO DE ACONDICIONAMIENTO……...11

I.4 ACONDICIONAMIENTOS DE ESTACIONES……………………………….14

I.5 VARIABLES QUE CONTROLA……………………………………………….15

I.6 INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO……………………………16

I.6.1 TIPOS DE INSTALACIONES: TODO AIRE…………………………….16

I.6.2 TIPOS DE INSTALACIONES: AIRE-AGUA…………………………….20

I.6.3 TIPOS DE INSTALACIONES: FLUIDO REFRIGERANTE……………21

I.6.4 TIPOS DE INSTALACIONES: EQUIPOS COMPACTOS……………..22

I.7 CRITERIOS PARA DISEÑAR SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO...24

I.7.1 CONSIDERACIONES Y METODOS DE LA PLANEACION…………..24

I.7.2 ASPECTOS A TOMAR EN CUENTA…………………………………….24

I.7.3 CONSIDERACIONES INICIALES DE DISEÑO…………………………25

I.7.4 METODOS DE CALCULOS…………………………………………….....26

I.7.5 APLICACIÓN DEL LOCAL…………………………………………………27


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I.7.6 CALIDAD DEL AIRE INTERIOR…………………………………………...27

I.7.7 CONFORT TERMICO……………………………………………………….27

II. TEMAS Y OBJECIONES GENERALES A TOMAR EN CUENTA……………..28

II.1 EFICIENCIA ENERGETICA Y CLIMATIZACION……………………………28

II.2 EVALUACION ENERGETICA……………………………………………...….29

II.3 SELECCCION DE SISTEMA DE CLIMATIZACION…………………………30

II.4 REQUERIMIENTOS MINIMOS………………………………………………..31

II.5 SEGURIDAD Y ADVERTENCIAS GENERALES……………………………33

III. EJERCICIOS APLICATIVOS RESPECTO DEL TEMA………………………..38

CONCLUSIONES…………………………………………………………………...….53

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS…………………………………………………..54

ANEXOS…………………………………………………………………………………55


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INTRODUCCION

Como sabemos hoy en día gracias a la ciencia podemos tener muchas

comodidades de las cuales el tema a tratar es sobre el Aire Acondicionado y

Climatización. Sabemos que el clima en cualquier parte del mundo es diferente y

tiene cambios drásticos, existen sitios secos y húmedos, sitios fríos y calientes y

una gran combinación de estos estados; y más aún se suma la variación según las

épocas del año: Primavera, verano, otoño e invierno; y según algunos fenómenos

(caso Corriente del Niño) debido a la rotación de la Tierra y su translación

alrededor del Sol. Estos cambios del clima conforme el tiempo hacen que también

varíen los estados de las personas, pero gracias a los avances tecnológicos ya no

es tanto un problema, porque contamos con máquinas térmicas y máquinas de

aire acondicionado, siendo el ser humano el único de los seres vivientes que pudo

cambiar el clima diseñando y construyendo máquinas que “acondicionan el aire”.

Han llegado a ser una necesidad para la vida moderna, como es el caso de

viviendas, oficinas, establecimientos comerciales o industriales, laboratorios,

hospitales, restaurantes, etc. La misión del aire acondicionado es la realización de

determinadas funciones destinadas a proporcionar durante todo el año, el confort

térmico y la calidad de aire interior para la vida de las personas o el

mejoramiento de los diferentes procesos industriales. Aprenderemos a

seleccionar máquinas que puedan calentar y enfriar, secar y humedecer cualquier

ambiente según lo creamos conveniente; es decir podemos cambiar cualquier

lugar del mundo hacia unos estados (que lo llamamos Confort) donde vivamos

tranquilos en un ambiente sano y cómodo. Con este proyecto se pretende dar a

conocer los sistemas que componen estas instalaciones, con el fin de que

constituya un curso de consulta por parte de profesionales, técnicos o estudiantes

de esta especialidad.


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I. GENERALIDADES DEL AIRE ACONDICIONADO Y CLIMATIZACION

I.1. HISTORIA DEL AIRE ACONDICIONADO

Uno de los grandes sistemas para suprimir el calor fue el de los egipcios, donde

utilizaban principalmente en el palacio del faraón, cuyas paredes estaban

formadas por enormes bloques de piedra con un peso superior a mil toneladas. Se

supone que el faraón disfrutaba de temperaturas alrededor de 26° Celsius.

En 1842, Lord Kelvin invento el principio del aire acondicionado, creo un circuito

frigorífico hermético basado en la absorción del calor a través de un gas

refrigerante.

En 1902, Willis Haviland desarrollo el concepto de climatización de verano,

diseñando una máquina que controlaba la temperatura y la humedad por medio de

tubos enfriados, dando lugar a la primera unidad de aire acondicionado de la

historia. En 1921 el mismo patento la máquina de refrigeración centrifuga, para

acondicionar el aire en grandes espacios. En 1928 desarrollo el primer equipo que

enfriaba, calentaba, limpiaba y hacia circular el aire para casas y departamentos.

En 1958 se constituye la ASHRAE, en 1982 el senado de E.U. aprueba el

protocolo de Montreal de las naciones unidas para las sustancias que generan

daño a la capa de ozono. En 2004 se tiene el 1er. prototipo de A/A residencial

operado por celdas hibridas.

I. 2. DEFINICION

AIRE ACONDICIONADO: es el proceso más completo de tratamiento del aire

ambiente de los locales habitados, consiste en regular las condiciones en cuanto a

la temperatura (calefacción o refrigeración), humedad, limpieza (renovación,

filtrado) y el movimiento del aire dentro de los locales. Entre los sistemas de

acondicionamiento se cuentan los autónomos y los centralizados. Los primeros

producen el calor o el frío y tratan el aire (aunque a menudo no del todo). Los


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segundos tienen unos acondicionadores que solamente tratan el aire y obtienen la

energía térmica (calor o frío) de un sistema centralizado.

CLIMATIZACION: consiste en crear unas condiciones de temperatura, humedad y

limpieza del aire adecuadas para la comodidad dentro de los espacios habitados.

La normativa española define climatización como: dar a un espacio cerrado las

condiciones de temperatura, humedad relativa, calidad del aire y, a veces, también

de presión, necesarias para el bienestar de las personas y la conservación de las

cosas, Así pues, la climatización comprende tres cuestiones fundamentales: la

ventilación, la calefacción, o climatización de invierno, y la refrigeración o

climatización de verano.

I. 3. TIPOS DE EQUIPOS

Existen equipos acondicionadores condensados por aire y condensados por agua.

En esta descripción se incluyen únicamente los condensados por aire, dada su

fácil aplicación al caso de viviendas y pequeños locales. Asimismo, los equipos

pueden ser compactos y partidos. Los primeros constan de una sola unidad,

mientras que los partidos están formados por dos o más unidades. En cuanto al

servicio que prestan, los equipos se denominan unitarios, si se trata de equipos

independientes en cada habitación, o individuales, cuando un solo equipo atiende

al conjunto de la vivienda o local.

Tipo Consola o de Pared

Es un equipo unitario, compacto y de descarga directa. Normalmente se coloca

uno por habitación o, si el local es de gran superficie, se colocan varios según las

necesidades.


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Acondicionador Portátil

Es un equipo unitario, compacto o partido, de descarga directa y transportable de

una habitación a otra. Resuelve de forma adecuada las necesidades mínimas de

acondicionamiento en habitaciones de viviendas y en pequeños locales.

Equipos Partidos (split o multi-split)

Son equipos unitarios de descarga directa. Se diferencian de los compactos en

que la unidad formada por el compresor y el condensador va al exterior, mientras

que la unidad evaporadora se instala en el interior. Ambas unidades se conectan

mediante las líneas de refrigerante.


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Equipo partido con unidades múltiples de tipo mural

Equipo Compacto Individual

Es un equipo de descarga indirecta, mediante red de conductos y emisión de aire

a través de rejillas en pared o difusores en techo. El equipo necesita una toma de

aire exterior. Se puede colocar en un falso techo o en un armario, existiendo

modelos horizontales y verticales.

Equipo Partido Individual

Es también un equipo de descarga indirecta, mediante red de conductos y emisión

de aire a través de rejillas en pared o difusores en techo. Para asegurar una

correcta ventilación de las dependencias acondicionadas, la unidad interior precisa

una toma de aire exterior.


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I. 3. 1. COMPONENTES DEL EQUIPO DE ACONDICIONAMIENTO

Generalmente, los acondicionadores de aire funcionan según un ciclo frigorífico

similar al de los frigoríficos y congeladores domésticos. Al igual que estos

electrodomésticos, los equipos de acondicionamiento poseen cuatro componentes

principales:

Evaporador

Compresor

Condensador

Válvula de expansión


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Evaporador: es cualquier superficie de transferencia de calor en el cual se

vaporiza un líquido volátil para eliminar calor de un espacio o producto refrigerado,

se construyen por lo general de tubo de acero o de cobre.

Condensador: es una superficie de transferencia de calor, el calor del vapor

refrigerante pasa a través de las paredes del condensador para condensación.

Son de 3 tipos generalmente: enfriados con aire, enfriados con agua y

evaporadores que emplean tanto como aire y agua.

Compresor: pueden ser recíprocos, rotatorios y centrífugos. La función del

compresor es comprimir el refrigerante elevando su presión, temperatura y

entalpia, además crea y mantiene la alta presión en el condensador que permite la

nueva utilización del refrigerante en estado líquido.

Dispositivo de expansión: se encarga de pulverizar o expandir el refrigerante,

regula la cantidad de líquido que entra en el evaporador para que según la

cantidad de vapores aspirados por el compresor pueda mantenerse constante la

presión del evaporador.


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A continuación se presenta un equipo acondicionador con los componentes

básicos integrados.

Equipo acondicionador


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I. 4. ACONDICIONAMIENTOS DE ESTACIONES

Acondicionamiento de Aire en Verano

En la figura se muestra un acondicionador de ventana tradicional, funcionando en

condiciones típicas de verano. En otras palabras, el enfriamiento del aire del local

se hace a costa del calentamiento del aire exterior. Dicho de otro modo, el calor

que se extrae del local, que equivale al frío producido, se transfiere al ambiente

exterior.

Acondicionamiento de Aire en Invierno

Los acondicionadores de aire pueden impulsar aire caliente y trasladarlo al local,

produciendo el calor mediante baterías de resistencias eléctricas o bien mediante

el propio ciclo frigorífico. Este último método es el más aconsejable por su alto

rendimiento y es el que se utiliza en los equipos que se denominan bomba de

calor.


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I. 5. VARIABLES QUE CONTROLA

TEMPERATURA

Refrigeración: Proceso de tratamiento de aire que controla la temperatura

máxima de un local y eventualmente el contenido máximo de vapor de agua del

aire.

Calefacción: Proceso de tratamiento de aire que controla la temperatura mínima

de un local y eventualmente el contenido de vapor de agua del aire.

HUMEDAD

El control de la humedad absoluta (HA) implica el tratamiento de humectación o

deshumectación del aire antes de ser impulsado al interior, este proceso

controlado se realiza solo si el programa lo requiere como condición ineludible.

Generalmente se produce una disminución de la Humedad Relativa (HR) del aire

del ambiente a acondicionar a través de la condensación que ocurre en la

superficie de los intercambiadores.

MOVIMIENTO DEL AIRE

El control sobre los aspectos del movimiento del aire depende básicamente del

diseño y correcto de la inyección y el retorno del aire. Los elementos terminales

compuestos por difusores, rejas de inyección de aire y rejas de retorno deben ser

cuidadosamente seleccionados, dimensionados y distribuidos en el espacio a

acondicionar considerando los siguientes aspectos: caudal de aire, velocidades de

salida o entrada, dirección, alcances, temperaturas de inyección, etc.


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CALIDAD DEL AIRE

Pureza del aire mediante filtrado y desbacterizado (si el caso lo requiere)

Oxigenación del aire mediante la renovación.

TEMPERATURAS SUPERFICIALES

El Aire Acondicionado controla las condiciones del aire pero no influye

DIRECTAMENTE en las temperaturas superficiales de los cerramientos, por lo

que no controla las asimetrías térmicas por ser el aire diatérmano (transparente a

las radiaciones de onda corta y larga) y de baja capacidad térmica.

I. 6 INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO

Existen multitud de tipos de instalaciones, cada una de ellas tiene unas

características propias; el control sobre los parámetros (T, HR, pureza del aire,…)

no todas lo efectúan. Se clasifican en cuatro grandes grupos por los fluidos que

transportan la energía (calor y/o frío) a los locales

– Instalaciones todo aire

– Instalaciones agua-aire

– Instalaciones todo agua

– Instalaciones con fluido refrigerante

Es posible que coexistan varios sistemas, por ejemplo una eliminando la carga

térmica perimetral, y otra la del “interior” del local

I.6.1 Tipos de Instalaciones: Todo Aire I

Ventajas

Servicios están fuera de zonas ocupadas

Facilita IAQ, zonificación, recuperación de energía


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Inconvenientes

Necesita falsos techos amplios

Requiere coordinar Ingenieros y Arquitectos

Existen varios subtipos:

• Con recalentamiento

• Doble conducto

• Caudal variable

• Una Zona

• Múltiples Zonas

• Doble conducto

• Conducto Dual


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Todo Aire (II)

Una Zona; control de Tª de impulsión con termostato actuando sobre: La

enfriadora y/o la caldera, parando y deteniendo el fluido. Sobre la batería de

postcalentamiento; control independiente T y humedad pero costes de instalación

y operación elevados.

Todo Aire (III)

Con caudal constante y temperatura variable. El aire es tratado centralmente en

función del local con mayor demanda térmica, y posteriormente es terminado de

acondicionar en una batería instalada en cada zona; tiene altos costes de

instalación y de operación.


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Todo Aire (IV)

Con caudal constante y temperatura variable; si el control de la Tª del aire de

impulsión se hace en función del local con menor carga térmica se mejora

energéticamente.

Todo Aire (V)

Con temperatura constante y caudal variable. El aire es tratado centralmente, y en

cada zona se regula el caudal introducido en función de las necesidades;

problema la interacción de caudales.


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Todo aire VI

Zonas Multizona y Doble Conducto, Conductos de frío y calor; muy caro en

instalación y funcionamiento.

I.6.2 Tipos de Instalaciones: Aire-Agua (I)


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Una instalación central de aire controla la calidad del aire. Una enfriadora elimina

la carga térmica del local (conductos de aire son menores) (no siempre tienen aire

de retorno). A) Instalaciones de inducción: El aire tratado centralmente (primario)

induce a que parte del aire del local (secundario) pase por una batería alimentada

con agua caliente o fría.

Aire-Agua (II)

b) Fancoils con aire primario: Una o dos baterías con un ventilador y con apertura

en la pared para toma de aire exterior; le pueden llegar 2, 3 o 4 tubos (requieren

válvulas muy estancas para evitar mezcla del agua)

c) Instalaciones de paneles radiantes y aire primario Son instalaciones: con aire

primario de renovación y paneles radiantes alimentados con agua para la carga

térmica. Con sonda de Tª anti rocío

I.6.3 Tipos de Instalaciones: con Fluido Refrigerante


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Condicionamiento individualizado en cada local; bajo coste inicial, y fácil

instalación, sobre todo cuando el edificio está ya construido; pero su coste de

operación y su mantenimiento son costosos. No aportan aire de renovación, y gran

impacto estético exterior

a) Acondicionadores de ventana: Condensador en el exterior y evaporador en el

interior

b) Split o partidos

– Unidad interior o evaporadora (v. expansión o capilar, bandeja de

condensados). Adicionalmente una resistencia eléctrica y “filtros”

– Unidad exterior o condensadora, (compresor); si el equipo es bomba de calor

incluye la válvula de 4 vías y la botella antigolpe de líquido

c) Portátiles: Conexiones flexibles o toma de aire exterior

d) Máquinas de hielos: Depósito para cubitos y un ventilador

e) Equipos deshumidificadores: Un ventilador forzando el paso de aire por un

evaporador y un condensador en serie

I.6.4 Tipos de Instalaciones: Equipos Compactos

En una unidad incluyen todo el equipo frigorífico. Internamente están divididos en

dos partes independientes y aisladas térmicamente. Pueden estar diseñados para

instalarse directamente en el local o para conectarse a conductos. Se pueden

destacar dos tipos:

– Que el condensador esté refrigerado por agua; suele llevar incorporada una

válvula presostática de agua.

– Que el condensador esté refrigerado por aire, necesita de una conducción del

aire para el condensador desde y hacia el exterior.


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I.7 CRITERIOS PARA DISEÑAR SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO

I.7.1 Consideraciones y Métodos de la Planeación

Actualmente en la planificación y diseño de una instalación de acondicionamiento

de aire, los desarrolladores, ingenieros y técnicos se preocupan por la comodidad

de los habitantes de un edificio, pero como puntos de igual importancia, también

se enfocan en la calidad del aire que es suministrado al interior, a los fines de

velar por la salud de los ocupantes.

I.7.2 Aspectos a tomar en cuenta

La técnica del aire acondicionado es considerada como una ciencia y un arte, ya

que en la misma se ponen en juego elementos de un nivel técnico avanzado que


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se combina con la capacidad y el ingenio del técnico o ingeniero que diseñará el

sistema.

1. Replanteo general de los locales a acondicionar, confeccionar un plano de

arquitectura en el caso de que no exista, donde se pueda interpretar todas las

superficies expuestas con el exterior y/o ambiente no acondicionado.

2. Computar las superficies expuestas al exterior y/o ambiente no

acondicionado.

3. Realizar un balance térmico general de todas las áreas (local por local) y

otro con la sumatoria del edificio a acondicionar; teniendo en cuenta los horarios

de ocupación de los locales.

4. Analizar las cargas y las zonas de cargas parciales similares que

evolucionen en idéntica manera durante el día.

5. Establecer el tipo de sistema a utilizar dependiendo del que brinde mejor

versatilidad, inversión, mantenimiento, consumo de energía, etc.

6. Seleccionar el equipamiento a utilizar (a- unidades individuales splits o de

ventana; b- Unidades centrales de zona o generales por conductos o descarga a

boca libre y tipo de condensación; c- sistema por agua tratada, donde se

seleccionan unidades fan y coil de zonas y terminales, máquina enfriadora de

líquidos y caldera).

7. En el caso de utilizar unidades fan y coil, establecer el punto de ADP de

cada unidad en el diagrama psicrométrico para calcular número de hileras, caudal

de aire y caudal de agua.

8. Instalar los equipos seleccionados en los lugares más apropiados.

9. Diseñar y proyectar los sistemas complementarios (redes de conductos, de

distribución de agua, de energía eléctrica, etc.).

10. Instalar el sistema completo.


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11. La puesta en marcha del equipo.

12. Revisar y certificar todo lo que se ha hecho.

I.7.3 Consideraciones iniciales de diseño

Generalmente, los siguientes pasos deben ser seguidos:

Características de la Edificación: El Ingeniero o técnico debe obtener las

particularidades y todos los rasgos del edificio como: materiales de construcción,

tamaño de los componentes, colores externos de fuentes y formas, que son

normalmente determinados a partir de los planos de la edificación y

especificaciones.

Configuración: Se debe determinar la ubicación, orientación y sombra externa de

la edificación a partir de los planos y especificaciones. La sombra de edificaciones

adyacentes pueden ser determinadas por un plano del sitio o visitando el sitio

propuesto

Condiciones Exteriores de Diseño: Hay que precisar la información climática

apropiada y seleccionar el contexto de diseño exterior. La condición climática

puede ser obtenida de estudios o estadísticas de alguna estación meteorológica.

Condiciones de Diseño Interior: Se deben determinar los parámetros de diseño

interior tales como temperatura de bulbo seco interior, temperatura interior de

bulbo húmedo y tasa de ventilación; incluyendo variaciones permisibles y límites

de control.

Rutina de Operación: El diseñador también se basará en la rutina de iluminación,

ocupantes, equipo interno, aplicaciones y procesos que contribuyan a incrementar

la carga térmica interna. Determinando la probabilidad de que el equipo de

refrigeración sea operado continuamente o apagado durante períodos de no

ocupación.


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Fecha y Tiempo: Se selecciona el tiempo del día y el mes para realizar los

cálculos de la carga de enfriamiento. Frecuentemente varias horas del día y varios

meses son requeridos.

Consideraciones Adicionales: El diseño y el tamaño de los sistemas de aire

acondicionado central requieren más que el cálculo de la carga de enfriamiento en

el espacio a ser acondicionado. El tipo de sistema de acondicionamiento de aire,

energía de ventilación, ubicación del ventilador, pérdida de calor de los ductos y

ganancia, filtración de los ductos, etc.

I.7.4 Métodos de cálculos

Función de Transferencia (TFM): Este método se fundamenta en la estimación

de las cargas de enfriamiento hora por hora, prediciendo las condiciones del

espacio para varios sistemas y estableciendo programas de control y programas

de operación.

Cálculo de Cargas por Temperatura Diferencial y Factores de Carga de

Enfriamiento (CLTD/CLF)

Debe ser aplicado al considerarse como la primera alternativa de procedimiento de

cálculo manual. El mismo es simplificado, ya que usa un factor “U” para calcular la

carga de enfriamiento para techos y paredes, presentando resultados

equivalentes.

Valores de Temperatura Diferencial Total Equivalente y Tiempo Promedio

(TETD/TA): Para calcular la carga de enfriamiento de un espacio usando la

convención de Valores de Temperatura Diferencial Total Equivalente y Tiempo

Promedio, aplican los mismos procedimientos generales empleados para la

Función de Transferencia.

I.7.5 Aplicación del local


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El óptimo diseño de un sistema de aire acondicionado para una edificación,

también toma en cuenta las actividades que ejercerán los ocupantes dentro de un

local determinado, así como el ambiente exterior, ya que el desarrollador tendrá

que poner atención a estos aspectos, para que su instalación sea la más

apropiada. Es muy clara la diferencia entre un edificio, una oficina y un almacén de

una fábrica, por lo que atendiendo a las acciones ejecutadas en un área

específica, se determinarán aspectos del aire acondicionado como tamaño del

compresor, ductería, filtros, sistemas de control, entre otros.

I.7.6 Calidad del aire interior

La Indoor Air Quality (IAQ) o Calidad del Aire Interior es una función que depende

de muchos parámetros incluyendo la calidad del aire exterior, el diseño de los

espacios interiores, el diseño de los sistemas de ventilación, la manera en la que

maneja el sistema, cómo se mantiene, etc. Con el objetivo de generar mayores

niveles de confort que en tiempos pasados, en las nuevas construcciones se usan

materiales como alfombras, pegamentos, asbestos, pinturas, etc.

I.7.7 Confort térmico

En las últimas investigaciones se ha definido la unidad de medida del calor

metabólico disipado que el MET (metabolic energy termal) que equivale a 50

kcal/hm2 siendo variable para cada grado de actividad.

II. TEMAS Y OBJECIONES GENERALES A TOMAR EN CUENTA

II.1 EFICIENCIA ENERGETICA Y CLIMATIZACION

Se debe combinar climatización y confort con eficiencia energética. Todo sistema

de climatización consume energía, ya sea ésta del tipo no renovable (la mayoría

de los casos) o renovable. Cuanta más energía necesitemos para alcanzar y

mantener las condiciones de confort en un edificio, menos eficiente será su


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sistema de climatización en términos energéticos y mayor será su impacto

ambiental.

Para lograr la máxima eficiencia energética se debe tener en cuenta una serie de

condiciones indispensables para conseguir en cuenta una serie de condiciones

indispensables para conseguir el menor impacto ambiental de la instalación, tales

como:

•Diseño del edificio considerado en su orientación, materiales empleados en su

construcción

• Aislamiento e inercia térmica del edificio

• Infiltraciones y ventilación

• Usos y costumbres de los usuarios

•Disponibilidad de sistemas de regulación y control

• Disponibilidad de sistemas de regulación y control

Los inmuebles se construyen como barreras a la lluvia, al viento y a veces filtros

sutiles a luz y el calor Muchos de ellos se proyectan veces filtros sutiles a luz y el

calor. Muchos de ellos se proyectan ignorando las condiciones del clima y luego

su climatización se resuelve con consumo energético.


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II.2 EVALUACION ENERGETICA

Hoy podemos predecir la demanda y el consumo energético de la climatización

(también de la iluminación, los materiales, etc.) mediante un modelo generado por

software específicos, como elg p p, Mc4; Calener; Energy Plus, etc). Una vez

generado un edificio virtual mediante estos programas ( y en forma paralela al

proceso del proyecto) sabemos cuanta energía necesitará para funcionar.

Integrando al modelo los datos de la orientación, parámetros de confort, tipo de

envolvente, el destino, sistema de climatización, etc. podemos optimizarlo tantas

veces sea necesario, hasta encontrar las alternativas energéticamente más

eficientes que encontrar las alternativas energéticamente más eficientes, que

aportarán ahorros económicos muy significativos, así como medioambientales.


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La elección de un sistema de climatización de eficiencia energética deberá

cumplir con:

• Baja consumo de energía

• Bajo impacto ambiental

• Bajo costo de inversión

II.3 SELECCCION DE SISTEMA DE CLIMATIZACION

Una vez determinadas las potencias para el sistema, en base al modelo térmico o

estudios de cargas térmicas, elegiremos en segundo término, el equipamiento

requerido:

1) Espacios disponibles.

*Para unidades exteriores

*Para unidades interiores

2) Uso del mueble.

3) Uso horario del inmueble.

4) Ubicación geográfica.

5) Acceso para izamiento o desplazamiento de las unidades.

6) Factibilidad estructural para el emplazamiento de las unidades.

Una vez determinados los requerimientos de climatización para el inmueble,

seleccionaremos la unidad de ahorro energético a utilizar. Tal como indicamos

anteriormente existen varios sistemas (AIRE‐AIRE; AIRE‐AGUA; AGUA‐AIRE;

AGUA‐AGUA). En sistemas Aire‐Agua y Agua‐Agua), tenemos unidades Chiller,

con recuperación de calor parcial y total. Este segmento se cuenta con p y

unidades polivalentes de energía. Esto quiere decir que una unidad es capaz de

entregar frío y calor simultaneo al inmueble. Este sistema es muy eficiente para

edificios que tienen exposiciones solares durante todo el día y requieren de


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temperaturas distintas, es decir cuando el oriente y q p, requiere frío una mañana

de primavera el poniente pida calor. Lo importante de esta operación es que el

calor producido es GRATIS, por ocupa el rechazo de calor del lado frío.

Para que un sistema de climatización sea eficiente energéticamente se requerirá

que el edificio cumpla con algunos:

II.4 REQUERIMIENTOS MINIMOS

Orientación del edificio

El rechazo o la captación de energía por parte de las diferentes fachadas del

edificio lo largo de las estaciones del año junto con la resolución constructiva del

mismo (muros, cristales, aislamiento e inercia térmica, etc.)

Consideraciones sobre la envolvente

La piel del edificio es una interfaz energética. Puede captar o rechazar la energía

solar, conservar o disipar la energía del sistema de climatización artificial, ayudar o

perjudicar a una correcta ventilación natural, factores todos que repercutirán

sensiblemente en las necesidades energéticas de climatización y por tanto, en la

eficiencia energética del edificio.


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Aislamiento térmico

Un buen aislamiento es el primer mecanismo térmico que preserva condiciones de

confort regulando el intercambio energético entre el ambiente interior y el exterior,

disminuyendo las transferencias térmicas por transmisión de la envolvente (muros

y cubiertas) y la eliminación de puentes térmicos combinada con el doble

acristalamiento con cámara de aire (considerando un (25% de la superficie de

fachadas) se puede ahorrar hasta un 27% en consumo de calefacción (11% por

aumento del aislamiento y 16% por doble acristalamiento).

Inercia térmica

Segundo mecanismo térmico que se encuentra presente en los sistemas

constructivos habituales, la inercia térmica que suele ser ignorada por completo.

La inercia térmica es la capacidad que tienen las grandes masas de materiales de

alta densidad (estructura de hormigón, muros de ladrillos, etc.) para conservar le

energía térmica que les llega y liberarla en tiempo diferido, colaborando a

disminuir las demandas de tiempo diferido, colaborando a disminuir las demandas

de calefacción y de refrigeración.

Control solar

La búsqueda en la arquitectura de la transparencia y la ligereza a menudo olvida

que lo primero que hay que hacer con la radiación solar excesiva, en vez de

contrarrestarla con refrigeración, es evitarla. Nuestra radiación solar es elevada,

en gran parte del año y en varios puntos del país, por lo que la sombra es

imprescindible. A veces lo olvidamos y no tenemos en cuenta el ejemplo de la

arquitectura tradicional tenemos en cuenta el ejemplo de la arquitectura tradicional

que contaba con gran cantidad de filtros que permitían reducir o tamizar gran parte

de la radiación.


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Ventilación

Se puede ayudar a eliminar el calor. Tradicionalmente hemos utilizado la

ventilación para aumentar la velocidad del movimiento del aire y la disipación del

calor del cuerpo, pero actualmente contamos con nuevas aplicaciones que

permiten bajar sustancialmente la temperatura interior de verano a través de:

Inyección natural o forzada de aire de la fachada fría (ventilación Inyección natural

o forzada de aire de la fachada fría (ventilación cruzada direccional) o enfriado

naturalmente (por evaporación de agua, túnel bajo tierra (pozo canadiense), etc.

II.5 SEGURIDAD Y ADVERTENCIAS GENERALES


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III. EJERCICIOS APLICATIVOS RESPECTO DEL TEMA

Problema 1

El sistema de aire acondicionado de un carro usa R-134a como refrigerante, y la

potencia del compresor es de 1,5 KW para llevar el R134a de 200KPa a 1200

KPa. El evaporador del ciclo de refrigeración, enfría aire del exterior del carro a 30

C, hasta 10 C. Asuma que el ciclo de refrigeración funciona como un ciclo de

refrigeración ideal por compresión de vapor. ¿Cuál es el flujo másico de R-134ª

que circula por el ciclo de refrigeración, y cuál es la temperatura TL de operación

del evaporador? ¿Cuál es el flujo másico de aire a 10oC?


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Solución:

La figura siguiente muestra cómo funciona in ciclo ideal de refrigeración por

compresión de vapor. Nótese que debe tener en cuenta que la numeración de

corrientes es distinta. En el ciclo ideal de refrigeración, vapor saturado entra al

compresor para ser sometido a una compresión adiabática y reversible, es decir

isoentrópica. En nuestro caso la presión de entrada al compresor es 200 KPa.

Busquemos estos datos en la tabla de R134a saturado


Monografía

Como el funcionamiento es ideal, la entropía S4=S3 a la presión de 1200 KPa.

Acudimos a las tablas de vapor saturado y notamos que a 1200 KPa,

Svs=0.91303 KJ/Kg/K, por lo que el punto 4 debe estar constituido por un vapor

sobrecalentado. Vamos a las tablas:

Como notamos en la figura 11.33 la presión del evaporador debe ser 200 KPa, y la

temperatura de operación debería ser la de -10.09 C. Para hallar el flujo másico

de aire circulando por el evaporador, hacemos un balance de masa considerando

que no hay pérdidas de calor, todo el calor que pierde el aire, lo gana el R134a

para evaporarse.


Monografía

Como notamos nos hace falta conocer la entalpía del punto 2 por lo que debemos

hacer balance en la válvula y en el condensador. Como trabajamos con un ciclo

ideal de refrigeración por compresión de vapor, del condensador debe salir líquido

saturado a la presión de 1200KPa. Buscamos estos datos en la tabla de vapor

saturado:

La entalpía de la corriente 1 debe ser igual a la de la corriente 2 debido a que la

válvula de expansión es isoentálpica. De tal forma que:

Se enfrían 0.573 Kg/s de aire.


Monografía

Problema 2

a) (2,5 puntos) Para aproximar el funcionamiento de un motor de ignición por

chispa, considere un ciclo Otto estándar de aire al que se añaden 1800 KJ/Kg de

aire, con una razón de compresión volumétrica de 7. La presión y temperatura al

inicio del ciclo de compresión es de 90 KPa y 10 C. Determine la presión máxima y

la temperatura del ciclo, la eficiencia térmica del ciclo y la presión media efectiva

(Aire: Cp=1,005 KJ/Kg/K; Cv=0,718 KJ/Kg/K y Cp/Cv=1,4)

b) (2,5 puntos) Repita el problema anterior pero considerando que se usa metanol

como combustible. Ahora el calor que se añade es de 1700 KJ/Kg, y la razón de

compresión volumétrica es de 10. (Aire: Cp=1,005 KJ/Kg/K; Cv=0,718 KJ/Kg/K y

Cp/Cv=1,4)

c) (2 puntos) Compare los resultados para las partes a y b, y discuta sobre la

mejor opción para la producción de potencia.

Solución:

Recordemos cómo funciona el ciclo estándar de aire propuesto por Otto


Monografía

a) Razón de compresión 7, QH=1800 KJ/Kg, P1=90 KPa, T1=10oC=283.15K

Usamos la presión de inicio y la razón de compresión para hallar la presión del

punto 2 P2=90KPa*7=630 KPa; la temperatura del punto 2 la hallamos de acuerdo

a la relación T*V^(gamma-1)=ctte válida para compresión isoentrópica


Monografía

Recordemos que todas las variables durante la compresión isoentrópica deben

cumplir con las relaciones PV^gamma=ctte o T*V^(gamma-1)=ctte o T*P^((1-

gamma)/gamma). En la etapa de 2-3 tenemos la adición de calor a volumen

constante (No hay trabajo si V=ctte), por lo que el balance de energía nos dice:

La temperatura y la presión máxima se alcanzan luego de la adición de calor a

V=ctte. La temperatura máxima es de 3123.6 K, mientras que la presión máxima

es de 6950 KPa. Ahora calculemos la eficiencia térmica del ciclo usando la

expresión de la eficiencia para el ciclo Otto. Luego usamos la eficiencia para hallar

el trabajo de expansión y de compresión.


Monografía

La presión media efectiva es de 1259.23 KPa. Repetimos todo ahora para el

metanol, es decir para un QH=1700 KJ/Kg y una razón de compresión volumétrica

de 10


Monografía

Recordemos que todas las variables durante la compresión isentrópica deben

cumplir con las relaciones PV^gamma=ctte o T*V^(gamma-1)=ctte o T*P^((1-

gamma)/gamma). En la etapa de 2-3 tenemos la adición de calor a volumen

constante (No hay trabajo si V=ctte) , por lo que el balance de energía nos dice:


Monografía

La temperatura y la presión máxima se alcanzan luego de la adición de calor a

V=ctte. La temperatura máxima es de 3123.6 K, mientras que la presión máxima

es de 6950 KPa. Ahora calculemos la eficiencia térmica del ciclo usando la

expresión de la eficiencia para el ciclo Otto. Luego usamos la eficiencia para hallar

el trabajo de expansión y de compresión.


Monografía

Evidentemente es mejor el ciclo de aire donde se usa metanol como combustible

debido a que la eficiencia es superior, la temperatura máxima menor y el metanol

es un combustible con menor impacto ambiental para sus gases de combustión.

Problema 3

La figura muestra un ciclo de turbina de gas usado en un motor de carro. En la

primera turbina el gas se expande hasta la presión P5, justo lo suficiente para

generar un 150% del trabajo de mover el compresor. Luego el gas se expande a

través de la segunda turbina conectada a los ejes de las ruedas. Asuma que el

compresor tiene una eficiencia de 80%, ambas turbinas una eficiencia de 80%, y

que el regenerador tiene una eficiencia del 70%. Asuma para el aire que (Aire:

Cp=1,005 KJ/Kg/K; Cv=0,718 KJ/Kg/K y Cp/Cv=1,4) Determine:

a) la presión intermedia P5

b) el trabajo neto específico producido

c) el flujo másico de gas a través del motor.


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Solución:

Tenemos las condiciones de entrada y la razón de compresión, por lo que

podemos hallar la temperatura de salida para la eficiencia del compresor que es

del 80 %


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La presión intermedia es de 290.37 KPa. Ahora para hallar el trabajo neto

específico debemos hacer un balance de energía en la segunda turbina

considerando que su eficiencia es del 80%


Monografía

El flujo másico de gas circulando por el ciclo es de 0.39Kg/s


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CONCLUSIONES

Como sabemos generalmente el acondicionamiento de aire y climatización

comprende todo lo que abarca con respecto a la temperatura, humedad,

movimiento, distribución, pureza y ruido, las cuales de alguna y otra forma afectan

las condiciones físicas y químicas de la atmosfera, dentro de cualquier lugar o

local destinado a ocuparse por personas para confort y fines industriales.

El objeto de la presente monografía fue concretar el procedimiento adecuado para

el cálculo, selección, instalación y mantenimiento de los sistemas de aire

acondicionado y climatización aplicados específicamente en los lugares donde

más se suele usar.

Esta monografía es esencialmente una guía para el desarrollo de un proyecto

sobre este tema, aunque sabemos que los conceptos varían dependiendo de las

necesidades que tengan, el procedimiento es básicamente el mismo, por ello

podemos considerar esta monografía de gran utilidad tanto en el aspecto teorico-

academico como en el de aplicación.

Esta elección de equipos y sistemas nos va a beneficiar, ya que satisfacera

cualquier condición de un local y algo referido a ello, para su óptimo

funcionamiento, además también reducirá costos de operaciones, instalaciones,

mantenimiento y más aún lo importante que es el ahorro de la energía eléctrica.

Concluyendo, podríamos decir que el tema tratado en esta monografía es un tema

muy amplio que abarca muchos temas a tratar y que está en constante desarrollo,

porque sabemos que cada año salen nuevos equipos, productos, etc; siendo de

vital importancia que el Ingeniero Mecánico Eléctrico se actualicé continuamente

para seguir siendo competitivo dentro del tema tratado.


Monografía

REFERENCIAS BIBLIGRAFICAS

Asociación mexicana de empresas del ramo de instalaciones para la construcción

A.C. (AMERIC)

Air Conditioning Manual TRANE

THE TRANE COMPANY

1965

Manual Carrier “Aire Acondicionado”

Capítulo 1 – análisis del local y estimación de la carga

Capítulo 2 – condiciones del proyecto-condición interior del proyecto

Ed. Marcombo 1999

J.P. Holman

Botero G. Camilo

Refrigeracion y aire acondicionado

Prentice Hall International, 1981


Monografía

ANEXOS

Los acondicionadores de aire utilizan el ciclo de compresión del vapor, un proceso

de 4 pasos (véase el cuadro 7-8).


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El método más simple es proporcionar ventilación local en los baños y en las

cocinas para controlar la humedad (véase el cuadro 7-10).

Los fabricantes también ofrecen ventiladores en línea para ventilar baños o

cocinas individuales, o cuartos múltiples. Al distanciar el ventilador en línea,

cuadro 7-11, del área habitable disminuye los problemas de ruido.


Monografía

Los hogares en Kentucky son a menudo más húmedos que lo deseado. Un

sistema combinado de deshumedificación-ventilación puede traer aire fresco

adentro (pero aire exterior húmedo), remover la humedad, y suministrarlo al hogar

(véase el cuadro 7-12).


Monografía

Este sistema de ventilación relativamente simple y barato del hogar total, cuadro

7-13, integra la ventilación local usando los extractores del cuarto de baño y de la

cocina con un extractor de escape aumentado (generalmente 100 a 150 cfm) en

un cuarto de baño situado centralmente.


Monografía

Un regulador separado de flujo de aire conectado al sistema de aire de vuelta

suministra aire exterior. Cuando el extractor funciona, cuadro 7-14, el regulador de

aire exterior se abre y permite que el aire entre al interior de la casa a través de

conductos de aire forzado.

Un ventilador recuperación de enthalpy atrae el aire exterior fresco a través de un

conducto adentro del equipo de intercambio de calor y recobra la energía de

calefacción o de enfriamiento del aire viciado de los cuartos mientras está siendo

eliminado (véase el cuadro 7-15).


Monografía

El cuadro 7-16 muestra los fundamentos de la construcción resistente al radón

para los espacios de arrastre y las losas/los tipos de los cimientos del sótano.


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Sistemas de Aire Acondionado y Climatizacion - Monografia