Refrigeración, Daniel García

Instalaciones de refrigeracióny aire acondicionado

Instalacionesde refrigeración

y aireacondicionado

Daniel Garcia Almiñana

Diseño del libro, de la cubierta y de la colección: Manel Andreu

Primera edición en lengua castellana: diciembre 2007

© Daniel Garcia Almiñana, del texto© Editorial UOC, de esta edición

Rambla del Poblenou, 156, 08018 Barcelonawww.editorialuoc.com

Realización editorial: Eureca Media, SLImpresión: Gráficas Rey

ISBN Editorial UOC: 978-84-9788-691-8ISBN Editorial Marcombo: 978-84-267-1473-2

Depósito legal:

Ninguna parte de esta publicación, incluido el diseño general y la cubierta, puede ser copiada, reproducida, almacenada o transmitida de ninguna forma, ni por ningún medio,sea éste eléctrico, químico, mecánico, óptico, grabación, fotocopia, o cualquier otro, sin la previa autorización escrita de los titulares del copyright.

Director de serie

Xavier Alabern Morera

Doctor ingeniero industrial por la Universidad Politécnica de Cataluña y máster en Dirección y Administraciónde Empresas por ESADE.

Profesor titular del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC).

Subdirector de Relaciones Exteriores y Cooperación Universitaria de la Escuela Técnica Superior de IngenieríaIndustrial de Terrassa de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC).

Como coautor ha publicado diversos libros. Es autor de diferentes artículos en revistas y congresos nacionales einternacionales en los ámbitos de máquinas eléctricas (comportamiento y diseño); el riesgo eléctrico, laseguridad y la prevención; y el comportamiento dinámico de elementos electromecánicos y su diseño.

Autor

Daniel Garcia Almiñana

Ingeniero químico por el Instituto Químico de Sarrià (IQS) e ingeniero industrial por la Universidad Ramon Llull(URL). Diploma de estudios avanzados en Ingeniería Ambiental. Profesor colaborador en el Departamento deProyectos de Ingeniería de la Universidad Politécnica de Cataluña. Subdirector de Innovación Académica en laEscuela Técnica Superior de Ingenierías Industrial y Aeronáutica de Terrassa. Evaluador de proyectos en elSéptimo Programa Marco de Investigación de la UE (FP7). Miembro del Grupo de Estudios de Energía para laSostenibilidad (Cátedra Unesco). Miembro del Grupo de Investigación en Modelización y Tecnología Ambiental(UPC). Miembro del Grupo de Gestores Energéticos del Institut Català d'Energia. Miembro de la AsociaciónCatalana de Técnicos de Energía, Climatización y Refrigeración. Miembro del Grupo de Evaluación de la PrácticaAcadémica (GRAPA-UPC). Miembro del Grupo de Investigación en Competencias (GRECO-UPC). Miembro delGrupo de Interés en Aprendizaje basado en Proyectos (UPC).

Ha desarrollado su actividad profesional en el ámbito de la energía, especialmente en los campos de la auditoríaenergética, cogeneración, climatización y refrigeración industrial, eficiencia energética y energías renovables,principalmente solar, térmica y biomasa.

Ha participado en multitud de seminarios y jornadas técnicas, y asimismo ha coordinado diversos cursos depostgrado sobre los ámbitos anteriores, tanto a nivel nacional como internacional.







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Editorial UOC 9

Nota del editor

Estimado lector:

Para un mejor aprovechamiento de la obra que acaba usted de adquirir, le queremos in-formar de cuál ha sido nuestra pretensión al crearla y presentarla en un doble soporte:CD-ROM y libro en papel.

• La obra, en su totalidad, se halla completamente desarrollada en la versión CD-ROM,donde se hallan todos los textos, gráficos, animaciones, simulaciones, ilustraciones,etc. que conforman el conjunto de la misma.

• Para facilitar la comprensión sobre el conjunto de la obra y su rápida consulta en cual-quier circunstancia, hemos preparado en forma de libro, que es lo que usted tiene enlas manos en este instante, una versión resumida. En esta versión se han seleccionadoparte de los textos y alguna ilustración de las que figuran en el formato digital. La ver-sión en libro, por tanto, está pensada como una especie de “guía de lectura” de la obracompleta que se halla en CD-ROM.

Esperamos que la obra le sea de utilidad.

Instalaciones de refrigeración y aire acondicionado

Autor:Daniel Garcia Almiñana

Colaboradores:Josep Ticó Ortet Pere Esquerra Pizà

Editorial UOC 10 Instalaciones de refrigeración...

Editorial UOC 11 Introducción

Introducción

En esta obra se pretende orientar al lector para alcanzar un nivel básico en los conoci-mientos propios de esta tecnología, pero no se persigue su utilización como manual dereferencia para los profesionales de este campo.

Se presentan los conceptos básicos sobre los diferentes tipos de refrigerantes, así como lajustificación de la necesidad para el mantenimiento de unos determinados niveles deconfort y las diferentes tecnologías de distribución de frío más usuales en el mercado.

Se describen los conceptos básicos necesarios para el conocimiento del funcionamientode los sistemas de refrigeración y la tecnología utilizada para ello.

Se desarrollan los conceptos básicos y el método del cálculo de cargas. Sobre la base deun ejemplo concreto resuelto, se da la visión global de toda la teoría y práctica aplicableal cálculo de cargas de refrigeración. El objetivo perseguido en el mismo es el de poderinterpretar cualquier cálculo de cargas, así como la generación de estudios simples. Sepretende dar una visión global de uno de los campos clave y más importantes de la refri-geración, la psicometría:

Para alcanzar el éxito y asegurar la utilidad de esta obra, incluso cuando ya se ha termi-nado el estudio de la misma, se incluyen varias herramientas informáticas para el cálculodiario:

Recurso interactivo disponible en el Cd adjunto

Editorial UOC 12 Índice


Índice

Nota del editor ..................................................................................................... 9

Introducción ........................................................................................................ 11

Capítulo I. Conceptos previos ............................................................. 17

1. Refrigerantes ...................................................................................................... 171.1. Introducción histórica ................................................................................. 17

1.2. Nomenclatura de los refrigerantes ............................................................... 18

1.3. Escalas de temperatura de uso ..................................................................... 22

1.4. Impacto ambiental de los refrigerantes ....................................................... 23

2. Conceptos básicos de confort .......................................................................... 272.1. Justificación del confort ............................................................................... 27

2.2. Criterios de medida de confort .................................................................... 31

3. Sistemas de distribución de frío ...................................................................... 363.1. Sistemas básicos ........................................................................................... 36

Capítulo II. Tecnología de refrigeración ......................................... 49

1. Fundamentos termodinámicos ........................................................................ 491.1. Nomenclatura y definiciones ....................................................................... 49

1.2. Evolución histórica ...................................................................................... 51

1.3. Termodinámica – Compresión .................................................................... 52

1.4. Compresión – Balance energético ............................................................... 55

1.5. Termodinámica – Absorción ........................................................................ 56

1.6. Mezclas refrigerante – absorbente ............................................................... 57

1.7. Ciclos de absorción por doble efecto ........................................................... 58

1.8. Absorción – Balance energético ................................................................... 60

2. Tecnología de refrigeración ............................................................................. 622.1. Introducción ................................................................................................ 62

2.2. Unidades de frío ........................................................................................... 65

2.3. Sistemas de compresión. ............................................................................. 67

2.4. Prestaciones .................................................................................................. 67

2.5. Sistemas de absorción .................................................................................. 67

2.6. Prestaciones .................................................................................................. 67


Capítulo III. Psicrometría .................................................................... 69

1. Conceptos básicos ............................................................................................. 691.1. Introducción ................................................................................................ 69

1.2. Modelo físico del aire ................................................................................... 70

1.3. Temperatura seca ......................................................................................... 72

1.4. Presión del vapor de agua ............................................................................ 73

1.5. Humedad absoluta y relativa ....................................................................... 74

1.6. Grado de saturación ..................................................................................... 77

1.7. Volumen específico y densidad ................................................................... 77

1.8. Entalpía específica ........................................................................................ 79

1.9. Temperaturas psicométricas ........................................................................ 80

2. Transformaciones básicas ................................................................................ 872.1. Cambio de calor sensible ............................................................................. 87

2.2. Cambio de calor latente ............................................................................... 88

2.3. Cambio de calor sensible y latente .............................................................. 88

2.4. Mezcla de corrientes de aire ........................................................................ 89

3. Equipos .............................................................................................................. 913.1. Batería de refrigeración ............................................................................... 91

3.2. Humidificador adiabático ............................................................................ 93

3.3. Humidificador de vapor ............................................................................... 96

3.4. Torre de refrigeración .................................................................................. 99

Capítulo IV. Cálculo de cargas ............................................................ 105

1. Conceptos básicos ............................................................................................. 1051.1. Elementos a considerar ................................................................................ 105

1.2. Transmisión por cerramientos “k” .............................................................. 108

2. Métodos de cálculo ........................................................................................... 1262.1. Determinación de los parámetros de diseño ............................................... 126

2.2. Cargas Internas por ocupación .................................................................... 127

2.3. Cargas internas por iluminación de equipos ............................................... 131

2.4. Cargas por transmisión de calor por radiación ........................................... 134

2.5. Cargas por transmisión de calor por conducción y convección ................. 138

2.6. Cargas por ventilación e infiltraciones ........................................................ 145

2.7. Resumen del cálculo de la carga de refrigeración ........................................ 149

3. Ejercicio resuelto. Refrigeración de un centro comercial ............................. 1494. Herramientas de cálculo .................................................................................. 152


Normativa de ámbito estatal y autonómico ................................................ 153

Glosario .................................................................................................................. 154

Bibliografía .......................................................................................................... 162


Editorial UOC 17 Conceptos previos

Capítulo I. Conceptos previos

1. Refrigerantes

1.1. Introducción histórica

Los ciclos termodinámicos básicos que rigen el funcionamiento de los sistemas de refri-geración más habituales en la actualidad son:

• Sistemas de compresión de vapor refrigerante (ciclos de compresión).• Sistemas de absorción de vapor refrigerante (ciclos de absorción).

En todos los casos el punto común es el empleo de una sustancia, denominada refri-gerante, que es capaz de absorber/liberar calor en el margen de temperaturas deseadomediante un cambio de fase: al pasar de la fase líquida a la fase vapor se aporta energíay, por consiguiente, el refrigerante absorbe calor del medio que lo rodea (genera frío),mientras que al pasar de la fase vapor a la fase líquida se libera energía y, por consiguien-te, el refrigerante cede calor al medio que lo rodea (genera calor).

Entre mediados del siglo XIX y mediados del siglo XX se sentaron las bases de los ci-clos de compresión y absorción y ninguna de las dos tecnologías se había impuesto sobrela otra (en ambos casos era más importante obtener una elevada fiabilidad de funciona-miento más allá de otras consideraciones como eficiencia energética o, mucho menosaún, impacto ambiental).

No obstante, en 1931 con la aparición en el mercado del primer refrigerante basado enhidrocarburos halogenados (el R12 de la firma Du Pont), se inicia un rápido ascensoen el empleo de estos refrigerantes (que pasan a denominarse "freones") que, juntocon la disponibilidad creciente de electricidad y al "descubrimiento" de la cadena delfrío en el sector alimentario, propiciaron el decantamiento total de la tecnología degeneración de frío hacia el empleo de ciclos de compresión empleando freonescomo refrigerante.(Véase gráfico 1.1)



Gráfico 1.1.

Los freones

Los freones se caracterizan por ser:

• No corrosivos• No tóxicos• No reactivos1

• De uso fácil• Eficientes termodinámicamente• Baratos

1.2. Nomenclatura de los refrigerantes

Este conjunto de ventajas resultó decisivo para su rápida implantación, especialmente enlos sistemas de bajas y medianas potencias, mientras que para el mundo de las altas po-tencias frigoríficas, el refrigerante principal ha sido siempre el amoníaco, por sus exce-lentes prestaciones energéticas en ciclos de compresión.

Los refrigerantes se conocen habitualmente por su denominación simbólica numérica,la cual sigue la expresión "R-" más un número de dos o tres cifras y alguna o ninguna letraal final (R12, R22, R134a...). Dicha denominación simbólica se genera a partir de la fór-mula química del compuesto siguiendo las siguientes reglas:

• Derivados de hidrocarburos lineales saturados: R-XYZ• Derivados de hidrocarburos cíclicos: R-CXYZ• Derivados de hidrocarburos insaturados: R-1XYZ• Mezclas de hidrocarburos: R-5IJK y R-4IJK• Refrigerantes inorgánicos (naturales)

1. Al final de esta sesión podéis ver cómo esta no reactividad es prácticamente total, aunque conuna notable excepción, la del ozono troposférico y estratosférico.


1.2.1. Derivados de hidrocarburos lineales saturados: R-XYZ

X indica el número de átomos de carbono de la molécula, restándole uno, Y indica elnúmero de átomos de hidrógeno, sumándole uno, Z indica el número de átomos de fluory el número de átomos restantes necesarios para saturar la molécula de hidrocarburo se-rán átomos de cloro.

Cuando la molécula de hidrocarburo tiene un único átomo de carbono, dicha molécula se satu-ra con 4 átomos añadidos, cuando la molécula de hidrocarburo tiene dos átomos de carbono,dicha molécula se satura con 6 átomos añadidos y así progresivamente siguiendo la expresiónN=2*C+2, donde N es el número de átomos necesarios para la saturación y C es el número deátomos de carbono.

Ejemplo

En esta molécula X=0, Y=1 y Z=2

Así pues, el número de átomos de Carbono es X+1 = 1; el número de átomos de hidrógeno esY-1 = 0; el número de átomos de fluor es Z = 2 y el número de átomos de Cloro se calcula a partirdel número de átomos necesarios para su saturación (en este caso 4 ya que sólo hay un átomode carbono), descontando los átomos de Hidrógeno y Fluor que ya hayamos empleado (en estecaso 2) y, por tanto, el número de átomos de Cloro es 2

La respuesta a esta pregunta es CF2Cl2 (diclorodifluormetano)

Si la molécula contiene algún átomo de bromo, ello se indica colocando la letra B al finaly, a continuación, el número de átomos de bromo (R-XYZBn).

Igual que en el ejemplo anterior, esta molécula tiene 1 átomo de Carbono (X=0; X+1=1), ningu-no de Hidrógeno (Y=1; Y-1=0), 3 de Fluor (Z=3) y 1 de Bromo (B1). Puesto que ya se ha comple-tado el número de átomos necesarios para saturar el átomo de Carbono, esta molécula no tieneCloro.

La respuesta a esta pregunta es CBrF3 (Bromotrifluormetano)

En el caso de existir formas "isómeras" (que tienen la misma composición pero en es-tructuras moleculares distintas, se emplean las letras a, b, c... para indicar los distintosisómeros).

1.2.2. Derivados de hidrocarburos cíclicos: R-CXYZ

Cuando se trata de hidrocarburos saturados cíclicos, se sigue la denominación R-CXYZ.Los hidrocarburos cíclicos se saturan "antes" y siguen la expresión N=2*C, donde N es el



número de átomos necesarios para la saturación y C es el número de átomos de carbono.No existen hidrocarburos cíclicos con menos de 4 átomos de carbono.

1.2.3. Derivados de hidrocarburos insaturados: R-1XYZ

Cuando se trata de hidrocarburos insaturados, se sigue la denominación R-1XYZ. Los hi-drocarburos insaturados también siguen la expresión N=2*C, donde N es el número deátomos necesarios para completar la molécula y C es el número de átomos de carbono.No existen hidrocarburos insaturados con menos de 2 átomos de carbono.

1.2.4. Mezclas de hidrocarburos: R-5IJK y R-4IJK

Cuando se trata de mezclas de hidrocarburos en proporciones variables, se clasifican a su vezsegún su comportamiento: Si la mezcla se comporta de tal modo que la composición en lafase líquida y en la fase vapor son siempre iguales (mezcla azeotrópica), siguen la familia R-5IJK, donde IJK es un número correlativo aleatorio (R-500, R-501, R-502...) y si no tienen lamisma composición en las fases líquida y vapor, entonces siguen la familia R-4IJK.

En el campo de la refrigeración es importante conocer si se trata de una mezcla azeotró-pica o no azeotrópica ya que, en caso de fuga parcial de refrigerante, una mezcla azeotró-pica "perderá" refrigerante en la misma proporción de la mezcla y, por consiguiente, lareposición de nuevo refrigerante es directa. En cambio, para mezclas no azeotrópicas, encaso de fuga, siempre se "pierde" más refrigerante del de menor peso molecular (más li-gero) y, por consiguiente, la composición final de la mezcla varía a medida que aumentala fuga (se va "concentrando" en el componente menos volátil).

Tabla 1.1.



1.2.5. Refrigerantes inorgánicos (naturales)

Finalmente, cuando se trata de compuestos no derivados de hidrocarburos, la nomencla-tura es R-7n, donde n es el peso molecular del refrigerante. El más conocido de todos elloses el amoníaco (R-717):

Amoníaco (NH3): el peso atómico del nitrógeno es 14 y el peso atómico del hidrógenoes 1; así, el peso molecular del amoníaco es 17.

Otro refrigerante habitual ha sido el dióxido de carbono (CO2): el peso atómico del car-bono es 12 y el peso molecular del oxígeno es 16; así, el peso molecular del dióxido decarbono es 44 y su denominación simbólica es R-744.

1.2.6. Otras clasificaciones

a) Clasificación según la denominación de los refrigerantes

Desde la detección de la disminución en el espesor de la capa de ozono y la atribución dedicha disminución a la presencia y reactividad de las moléculas de los refrigerantes haloge-nados con el propio ozono se ha empezado a denominar a los refrigerantes también bajo otradenominación simbólica en la que se indica la presencia o no de cloro e hidrógeno en lacomposición del refrigerante. Así, los refrigerantes se clasifican en los siguientes grupos:

• Hidrocarburos (HC): contienen sólo hidrógeno y carbono en su composición.Ejemplos (propano, butano, etileno...).

• Clorofluorocarburos (CFC): contienen cloro y fluor, además del carbono. No contienenhidrógeno.

• Hidroclorofluorocarburos (HCFC): contienen hidrógeno, cloro y fluor, además delcarbono.

• Hidrofluorocarburos (HFC): contienen hidrógeno y fluor, además del carbono. Nocontienen cloro.

• Refrigerantes naturales: compuestos inorgánicos.

Desde hace también unos cuantos años se han fusionado estas denominaciones conla anterior (R-XYZ) y se han creado denominaciones híbridas como CFC-11, CFC-22o HFC-125.

b) Clasificación atendiendo a su seguridad (Clasificación ASHRAE/ANSI)

Dicha clasificación otorga una letra (A, B, C) según su toxicidad creciente y un número (1, 2y 3) según su inflamabilidad creciente. En la siguiente tabla podéis ver algunos ejemplos:



Tabla 1.2.

No obstante, a efectos de seguridad, la normativa aplicable a los refrigerantes se encuen-tra descrita en el Reglamento de seguridad para plantas e instalaciones frigoríficas (RSF).

1.3. Escalas de temperatura de uso

Existe una relación entre la temperatura de evaporación y presión de evaporación, de talmodo que, controlando la presión del refrigerante, se puede también controlar la tempe-ratura a la cual se produce su evaporación y, con ella, la generación de frío.

Ahora bien, según sea el refrigerante, las presiones que es preciso alcanzar para cada nivelde temperatura podrán ser más o menos "factibles/razonables" empleando los compreso-res habituales y, por ello, se tenderá a seleccionar aquel refrigerante que, entre otros fac-tores, permita más fácilmente alcanzar la presión de equilibrio líquido-vapor. La escalaque aparece en el icono al margen muestra los refrigerantes más habituales empleadosen las instalaciones existentes, así como los refrigerantes más habituales para las nuevasinstalaciones.

Gráfico 1.2.

HFC-125 , HFC-134a A1

HFC-32 A2

HC-290 A3

R-717 B2


1.3.1. El "Rey" de los refrigerantes

Si bien la gama de presiones en las que debe trabajarse para cada refrigerante es un pun-to importante en el momento de la selección de éste, no menos importante para el di-señador de la instalación es la eficiencia termodinámica del refrigerante seleccionado,lo cual incide en la potencia eléctrica necesaria en la instalación (a mayor eficiencia,menor potencia necesaria y menor consumo energético), así como su calor latente(cantidad de energía que absorbe/libera en el cambio de fase; a mayor calor latente, me-nor necesidad de refrigerante para traspasar la misma cantidad de energía). Asimismo,resulta importante conocer su comportamiento frente a los aceites empleados para lu-bricar el compresor, así como su posible reacción con los demás elementos del circuito(principalmente juntas y mirillas).

En ese sentido, la necesidad de sustituir al R-12 (CFC-12) debido a su impacto negativosobre la capa de ozono, nos ha privado de uno de los mejores refrigerantes existenteshasta la época (atendiendo a los criterios indicados antes). Buena parte de las aplica-ciones que se habían basado en aquel R-12 han empleado al R-22 como un sustitutivo"de transición", el cual presenta menores ventajas como refrigerante aunque un mejorcomportamiento ambiental.

La definitiva eliminación también del R-22 (de forma progresiva entre el 1 de julio del2002 y el 1 de enero del 2015, Reglamento UE 2037/2000) ha despertado la necesidadde alcanzar sustitutos también al R-22 y, en el momento presente, las tendencias apun-tan tanto al R-407C como más recientemente al R-410A y R-417A como refrigerantes"definitivos" para sustituir la mayor parte de las aplicaciones, especialmente en equi-pos residenciales y comerciales de medianas y bajas potencias. Para las potencias máselevadas, el refrigerante de referencia es el R-134a, a pesar de su peor comportamientofrente al R-22.

Respecto a los refrigerantes para aplicaciones a bajas temperaturas, además de los yaindicados anteriormente, debe destacarse el R-717 (amoníaco) el cual goza de unas ex-celentes propiedades termodinámicas, que permite que se aplique con muy elevadasprestaciones. De hecho, es un refrigerante que nunca ha faltado en las aplicaciones in-dustriales y al que la negativa imagen asignada a los refrigerantes tradicionales basadosen "freones" le está favoreciendo en forma de una mayor presencia en el mercado. Asi-mismo, su difusión es también importante en esquemas de absorción para aplicacionesa bajas temperaturas (por debajo de -10 ºC) y potencias por encima de los 1000 kWf.

1.4. Impacto ambiental de los refrigerantes

A principios de los años setenta se empezaron a realizar mediciones que indicaban undecrecimiento progresivo en el espesor de la capa de ozono en el hemisferio sur y se em-pezó también a relacionar (desde mediados de los setenta, Revista Nature, 1974, autores


M.J.Molina y F.S.Rowland) dicho "agujero" con la emisión de productos CFC y la interac-ción de éstos con el ozono estratosférico y troposférico.

Las consecuencias de la reducción en la concentración de ozono en las capas altas de laatmósfera pueden afirmarse como muy graves, ya que el ozono ofrece una protección ala corteza terrestre (y, por extensión, a todos los que habitan sobre ella) respecto a losefectos de la radiación ultravioleta (UV) de longitud de onda corta, así como de otras ra-diaciones de efecto dañino. Dichos efectos se manifiestan en forma de cáncer de piel, ca-taratas, quemaduras profundas... Actualmente, buena parte de la población que vivecerca de aquellas zonas ya percibe de forma directa esos efectos y toma precauciones es-peciales para limitar la exposición al sol en determinadas épocas y períodos del día.

1.4.1. Potencial de destrucción de la capa de ozono (ODP)

Para cuantificar el efecto de los distintos refrigerantes sobre la capa de ozono, se definióuna escala relativa en la que cada refrigerante se comparaba frente a otro de referencia.La escala adoptó como referencia de ODP=1 al CFC-11.

La tabla que podéis visualizar a continuación muestra los valores de ODP de los refrige-rantes principales.

Tabla 1.3.

De la tabla se deducen dos aspectos clave: la nula incidencia de los refrigerantes HFC y na-turales sobre la capa de ozono (todos ellos tienen una ODP=0), así como la elevada inci-



dencia sobre la capa de ozono de los CFC (compuestos que incorporan cloro). Los HCFCse presentan como un punto intermedio en el que su ODP>0 ya que incorporan cloro, perola presencia también de hidrógeno en su molécula les genera una cierta inestabilidad quefacilita su descomposición y desaparición de la atmósfera mucho antes que los CFC.

1.4.2. Acuerdos de Montreal

A la vista de las alarmantes noticias sobre el crecimiento del "agujero en la capa deozono", ya en 1987 se adoptaron los llamados Acuerdos de Montreal sobre Limitaciónen la Producción, Comercialización y Utilización de las Sustancias Susceptibles deAgotar la Capa de Ozono. Dichos acuerdos han sido adaptados a las distintas regla-mentaciones y han sufrido diversas revisiones que han tendido a incrementar la ve-locidad de desaparición de las emisiones de compuestos clorados a la atmósfera(revisiones de Londres, Nairobi, Copenhague...).

Existe notable controversia con respecto a la incidencia real de los CFC sobre la capa de ozono. Engeneral se lanza la pregunta ¿cómo es posible que la capa de ozono desaparezca un el Hemisferio Surcuando la mayor parte de la producción, utilización y emisiones de refrigerantes se generan en el He-misferio Norte y cuando estos refrigerantes son notablemente más densos que el aire y, por consi-guiente, existe una enorme dificultad para que estos puedan alcanzar las capas altas de la atmósfera?

En el ámbito de la Unión Europea, el Reglamento 2037/2000 (que sustituye al anteriorReglamento 3093/1994) regula entre otras sustancias a los refrigerantes halogenados yactualiza el calendario de desaparición de los HCFC (los CFC, a nivel de la UE, no puedenproducirse desde 1996 y está también prohibida su utilización; la recuperación de CFCestá destinada a su destrucción controlada desde enero del 2001):

• Desde enero 2001 - Prohibición de fabricar/importar enfriadoras (más de 100 kWf).• Desde julio 2002 - Prohibición de fabricar/importar enfriadoras (cualquier potencia).• Desde enero 2004 - Prohibición de fabricar/importar bombas de calor (cualquier potencia).• Desde enero 2010 - Prohibición de empleo en mantenimiento.• Desde enero 2015 - Prohibición total de los HCFC.

En el año 2008 se prevé llevar a cabo una actualización del calendario anterior.

1.4.3. Efecto invernadero

En paralelo a la discusión sobre los efectos de los compuestos halogenados sobre la capade ozono, existe también la preocupación sobre el efecto detectado de calentamiento dela Tierra (efecto invernadero).

Si bien sin la existencia de dicho efecto la temperatura media de la Tierra (en función desu distancia al Sol) sería de 18 ºC bajo cero, el incremento en la incidencia de aquel efecto


"natural" podría conducir a un recalentamiento de la superficie terrestre con efectosigualmente devastadores (deshielo polar, desaparición de las mayores concentracionesurbanas de las costas actuales...).

La cuantificación de los principales agentes responsables de dicho calentamiento es:

• Vapor de agua (H2O): 60%• Dióxido de carbono (CO2): 21%• Compuestos halogenados: 8%• Metano (CH4): 5%• Óxidos de nitrógeno (NOx): 3%• Ozono (O3): 3%

1.4.4. Medida del potencial de calentamiento global (GWP)

Nuevamente, para la medida de la incidencia relativa de cada compuesto sobre el incre-mento del efecto invernadero se ha definido una escala relativa en la que se adoptó comoreferencia de GWP=1 al CO2 (sobre un escenario de tiempo integrado (ITH) de 20 años).

La tabla que aparece en el icono al margen muestra los valores de GWP de los algunoscompuestos y refrigerantes principales.

Tabla 1.4.



A pesar de las cifras que habéis visualizado en la tabla que aparece al margen, resulta im-portante destacar que el efecto GWP de un refrigerante no se genera "si no existe una fugadel mismo". Es decir, por el hecho de emplear refrigerantes no se potencia el efecto in-vernadero, sólo ocurre cuando, por el motivo que sea, éste resulta emitido al exterior.

Gráfico 1.3.

2. Conceptos básicos de confort

2.1. Justificación del confort

2.1.1. Confort, parámetro de eficiencia económica

Si bien la afirmación anterior puede ser compartida íntegramente por la gran mayoría depersonas, su cuantificación puede resultar mucha más compleja puesto que el confort,como toda sensación, es subjetivo y se ve sometido a un gran número de parámetros:

El mantenimiento de unas determinadas condiciones de confort en los edificios ylocales es una cuestión de obligada necesidad para el adecuado cumplimiento delas actividades que se desarrollan en el interior de los mismos.


• Nivel de temperatura del ambiente.• Nivel de temperatura radiante (la percibida desde los cerramientos interiores del edi-

ficio).• Nivel de humedad ambiental.• Velocidad percibida del aire.• Contaminación presente en el aire (calidad del aire respirado).• Nivel de iluminación en el local.• Nivel de ruido percibido en el local.• Decoración...

Diversos estudios han mostrado la influencia de alguno o de varios de aquellos parámetrosen situaciones tales como aparición y transmisión de enfermedades en edificios (mohosy otros hongos, legionelosis y otros microorganismos bacterianos), situaciones de inco-modidad y favorecedoras del absentismo laboral (cefaleas, alergias, depresión, afeccionesdel aparato respiratorio, etc.) o incluso su relación en forma de ratios de productividadlaboral.

2.1.2. Confort, parámetro de coste

La implantación de, por ejemplo, un edificio de oficinas en una zona de elevado nivel deruido ambiental (tráfico rodado, presencia de industria pesada, etc.) siempre resultarámás "costosa" que su implantación en una zona residencial (con un menor nivel de ruidode fondo).

De la misma manera, un sistema de acondicionamiento de aire basado en calefaccióny ventilación presentará un menor nivel de costes que si, a dicho sistema, se le añade

Así pues, el mantenimiento de unos determinados niveles de confort puede inclu-so estudiarse desde una óptica puramente económica (productividad y reducciónde costes por baja laboral frente a inversiones y costes de funcionamiento de lossistemas para el mantenimiento del confort).

Resulta pues indudable que la corrección de los niveles de temperatura, humedad,calidad del aire, velocidad del aire, ruido e iluminación, por citar los de mayor in-terés, llevará asociado un coste de funcionamiento proporcional tanto al grado decorrección necesario como también proporcional a la situación de partida.


un sistema de refrigeración. Similarmente, la corrección o no de los niveles de hume-dad ambiental conllevará o no a la consecución de mayores niveles de confort (y costeasociado).

Los niveles de confort que debe garantizar cada edificio se indican en diversos manualesy normativa técnica. En el Estado español, dicha normativa se resume en el Reglamentode instalaciones térmicas de los edificios (RD1751/1998, BOE 186 y corrección de erroresen BOE 259) y que deroga al anterior Reglamento de instalaciones de calefacción, clima-tización y agua caliente sanitaria (RD1618/1980).

2.1.3. Acondicionamiento de aire y confort

En las próximas décadas se prevé la inclusión de un cuarto elemento en las instalacionesde acondicionamiento de aire: control de humedad ambiental.

Ello es así dado que los sistemas habituales de calefacción tienden a conducir a nive-les de humedad relativa por debajo del 30-40%, mientras que los sistemas habitualesde refrigeración tienden a conducir hacia niveles de humedad relativa superiores al60-70%. Precisamente, las recomendaciones acerca de los valores tolerados de hume-dad en espacios habitados indican niveles mínimos del 40% en invierno y nivelesmáximos del 60% en verano.

Históricamente, se ha asistido al perfeccionamiento y sofisticación de los sistemasde acondicionamiento de aire, en la medida en que las exigencias del trabajo hanconducido a ello. Actualmente, para la gran mayoría de actividades desarrolladasen el interior de los edificios se entiende por acondicionamiento de aire a la co-rrección de los niveles de temperatura (calefacción y refrigeración) y calidad delaire respirado (ventilación).

Un alto grado de humedad favorece el crecimiento de mohos y hongos que pue-den ser causa de alergias y malos olores, mientras que un bajo grado de humedadfavorece la sequedad en mucosas y, con ello, aumenta el riesgo a contraer enfer-medades del aparato respiratorio.


2.1.4. Balance energético a través del cuerpo humano

Para comprender mejor las necesidades de confort de los ocupantes de un edificio, es pre-ciso conocer cómo se desarrollan los procesos de transferencia de calor a través del cuer-po humano. La siguiente ecuación permite presentar los principales factores deintercambio térmico:

M = W + Q

Donde M indica el metabolismo (energía química obtenida de los alimentos), W es el trabajomecánico realizado por los músculos y Q es el calor disipado.

Del mismo modo, el balance de calor disipado por el cuerpo consiste en la suma de dife-rentes "calores" individuales:

Donde Qcn, Qcv y Qrad son, respectivamente, el calor (sensible) intercambiado por conducción,convección y radiación, y Qres y Qeva son, respectivamente, el calor (latente) intercambiado porla respiración y la transpiración.

La cuantificación de Q se realiza en función de la denominada tasa de metabolismo(met). Por definición, 1 met equivale a 50 kcal/h m2 de superficie corporal.

[colocar aquí imagen icona_cd.tif y en el pie de página poner la frase: “Recurso interac-tivo disponible en el Cd adjunto”]

2.1.5. Tasa de metabolismo en función de la actividad

La tabla siguiente muestra algunos valores empleados para la tasa de metabolismo enfunción de la actividad desarrollada:

Tabla 1.5.


Reposo - sentado 1 met

Reposo - durmiendo 0,7 met

Relajado - de pie 1,2 met

Trabajo de oficina 1,3 met

Trabajo ligero de taller 2,0 met

Trabajo duro 4,0 met


2.2. Criterios de medida de confort

2.2.1. Parámetros recogidos en la normativa – RITE

Se ha comentado ya que el concepto confort no tiene una expresión cuantitativa que seaaceptada por el 100% de los individuos ya que, como toda sensación, es subjetiva.

Diversos autores han propuesto distintas aproximaciones para la cuantificación del con-fort, partiendo de la definición ASHRAE de un "Ambiente Térmico Confortable", la cualindica un nivel mínimo de satisfacción equivalente al 80% de los individuos.

Temperatura y humedad

La definición más simple del confort es la que, por ejemplo, se encuentra recogida en elReglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios (RITE).

Tabla 1.6.

Nótese como el valor de temperatura de confort varía según la época del año. Ello es asípara tomar en consideración que una variación de 1 ºC en la temperatura interior implicaun aumento/disminución en el consumo de energía para climatización del 7-8%. Así,resulta más razonable y eficiente mantener temperaturas de confort más bajas en inviernoque en verano.

Ventilación higiénica

En general, para compensar el nivel de emisiones provocado por la respiración humana,es preciso ventilar del orden de 2,2-2,4 l/s por persona (equivalente a 8-9 m3/h persona).De este modo se asegura una concentración de CO2 inferior a 5.000 ppm.

Asimismo, el RITE, a través de la norma UNE 100.011, define unos niveles mínimos ymáximos de ventilación para garantizar el mantenimiento de unas condiciones adecua-das de calidad en el aire respirado (en litros por segundo y persona o litros por segundoy superficie) tal y como podeis ver en la siguiente tabla.

Condiciones interiores de diseño

Epoca del año Temperatura ambiente Humedad relativa ambiente

Verano 23 a 25ºC 40 a 60%

Invierno 20 a 23ºC 40 a 60%


Tabla 1.7.

En cualquier caso, no deben sobrepasarse las siguientes concentraciones contaminantesen el interior del local:

Tabla 1.8.

Contaminante Concentración

CO2 (dióxido de carbono) 5.000 ppm

CO (monóxido de carbono) 50 ppm

NH3 (amoníaco) 25 ppm

H2S (sulfuro de hidrógeno) 10 ppm

NO2 (dióxido de nitrógeno) 2 ppm

SO2 (dióxido de azufre) 2 ppm

O3 (ozono) 0,05 ppm

PM (partículas) 30 /m²


Velocidad del aire

La velocidad del aire tiene una influencia clara sobre el confort percibido ya que facilitael proceso de disipación de calor sensible por convección así como de calor latente porevaporación. En consecuencia, su influencia en régimen de invierno es de aumentar lasensación de frío mientras que en verano aligera la sensación de bochorno a condicionesambientales elevadas.

Como resultado de ello, en invierno se recomienda no superar los 0,15 m/s mientras queen verano se aceptan velocidades mayores. Así, para temperaturas ambientales inferioresa 26 ºC se suele tomar una velocidad de 0,25 m/s, que puede ascender gradualmente has-ta 0,8 m/s a temperaturas de 28 ºC en el aire. No se recomienda superar la velocidad de0,9 m/s. ¡Este régimen marca el punto de inicio de movimiento de los papeles sobre lamesa!

2.2.2. Otros criterios de confort

A continuación se indican otros criterios que pueden adoptarse en el momento de definirlos niveles de confort de un local. No quiere recomendarse ninguno de los sistemas enparticular aunque sí todos ellos en su globalidad ya que cada uno de ellos incide sobrealguno de los aspectos que condicionan el confort percibido por el usuario:

• Temperatura efectiva I.• Temperatura de confort.• Temperatura efectiva II.• Temperatura de sensación.• Olf y decipol.

a) Temperatura efectiva I

Existen diversos "estandares" que pretenden cuantificar la sensación de confort en basea una cierta "temperatura efectiva":

"Aquella temperatura con un 50% de humedad que genera la misma sensación de con-fort que un conjunto de valores diversos de temperatura y humedad".

b) Temperatura de confort

Otro standard incide en el hecho de que, a elevadas temperaturas del aire, la sensaciónde confort se percibe con menores niveles de enfriamiento y, por consiguiente, a costade un menor consumo energético. La tabla y el gráfico que se representan en el icono delmargen muestran dicha evolución.


Gráfico 1.4.

c) Temperatura efectiva II

Otro standard que combina temperatura con velocidad del aire:

T = (t - 25) - 8 (v – 0,15)

Donde T es la temperatura efectiva, t es la temperatura ambiental (ºC) y v es la velocidad perci-bida del aire (m/s).

El óptimo se da a t = 25 °C y v = 0,15 m/s y puede hablarse de confort cuando T esté com-prendido entre –1,67 y +1,11.

d) Temperatura de sensación

Otro standard, de amplia utilización cuando se presentan informaciones meteorológicas,es el basado en la temperatura de bochorno o temperatura de sensación, el cual combinatemperatura y humedad en verano así como temperatura y velocidad del aire en invierno:

Tabla 1.9.



Resulta interesante destacar como, en verano, la sensación de bochorno aumenta con lahumedad pero especialmente cuando dicha humedad es también elevada. En cambio, eninvierno, la velocidad del aire ya aumenta la sensación de frío incluso a bajas velocidadesdel aire.

e) Olf y decipol

El investigador danés P.O.Fanger propuso en 1988 un método de "calibración" de la con-taminación humana en el aire, con unas nuevas unidades:

Olf: Contaminantes emitidos por una persona adulta en trabajo sedentario de oficinaconfortable y con un nivel de higiene equivalente a 0,7 baños/día.

Para considerar el efecto de la ventilación:

Decipol: Percepción de la contaminación generada por 1 OLF en un local ventilado con10 l/s de aire puro.

Gráfico 1.5.

Algunos valores significativos de referencia:

Persona sedentaria = 1 Olf

Persona activa = 5 - 11 Olf

Fumador fumando = 25 Olf

Fumador, medio = 6 Olf

Material de oficina = 0 – 0,5 Olf /m2

Aire exterior de montaña = 0,005 Decipol

Aire exterior de ciudad= 0,1 Decipol

Edificio limpio = 1 Decipol

Edificio insalubre > 10 Decipol



Experimentalmente se determinó una ecuación que correlaciona los resultados obteni-dos entre el nivel de ventilación (q, en l/s olf) y la proporción de personas insatisfechas(PI, en %):

para q>0,32 l/s olf

cuando q<0,32 l/s olf, los insatisfechos son el 100%

Para el standard decipol (10 l/s olf), el porcentaje de insatisfacción alcanza el 15% de los in-dividuos, cuando la percepción es de 2 decipol (5 l/s olf), el grado de insatisfacción es del30% y, finalmente, un local con 10 decipol (1 l/s olf) tendrá más de un 60% de insatisfechos.

Gráfico 1.6.

3. Sistemas de distribución de frío

3.1. Sistemas básicos

Los sistemas de climatización son el conjunto de equipos con distintos diseños que con-siguen mantener las condiciones termodinámicas del aire de un local:

• Calentar• Enfriar• Humectar• Deshumectar

Los sistemas básicos de climatización de un local son:


Calefacción: su finalidad es la de calentar el aire del local controlando su temperatura.

Gráfico 1.7.

Imagen de una caldera a gas natural que calienta agua.

También se puede calentar el aire mediante una bomba

de calor.

Ventilación: su finalidad es la de renovar el aire del local.

Gráfico 1.8. Gráfico 1.9. Gráfico 1.10.

Los ventiladores son los encargados de hacer circular el aire, tanto para la introducción de aire fresco en los locales como para la impulsión del aire climatizado desde la unidad centralizada.


Refrigeración: su finalidad es enfriar el aire del local controlando su temperatura.

Gráfico 1.11.

Es el sistema de refrigeración típico y el más conocido vulgar-mente en el que se produce enfriamiento del aire interior de un local. La unidad interior (evaporador) y la exterior (condensador) van unidas mediante un conducto con refrigerante.En este caso se observa un equipo de refrigeración de casete.

Gráfico 1.12.

Otra manera de refrigerar el aire es mediante fan-coils unidos a un conducto de aire exterior, éstos pueden ser de 2 o 4, tubos tanto para agua fría como agua caliente

Gráfico 1.13.

O bien fan-coils tipo murales


Acondicionamiento de aire o climatización – HVAC: Su finalidad es:

• Control de temperatura (calentar, enfriar)• Control de humedad (humidificar, deshumidificar)• Ventilación con aire exterior• Control de calidad del aire (partículas y gases)• Control de velocidad del aire en local• Control acústico (ruido del propio sistema)

Gráfico 1.14.

Gráfico 1.15.

Antes de diseñar el sistema es necesario conocer el tipo de instalación a que está destinado, así como los requisitos de pre-cisión en cuanto a temperatura y humedad.

A continuación, se exponen los diversos sistemas de distribución de frío, tipos y sus di-ferentes clasificaciones:

Clasificación de los sistemas de acondicionamiento de aire

Sistemas de distribución de frío y calor

Sistemas autónomos y centralizados

Sistema unísona

Sistemas de volumen variable de aire


Sistema aire – agua a dos tubos

Sistema aire - agua a cuatro tubos

Sistemas todo agua

Sistemas de volumen variable de refrigerante (VRV)

3.1.1. Clasificación de los sistemas de acondicionamiento de aire

Una primera clasificación de los sistemas según el fluido transmisor de calor/frío:

Agua

Gráfico 1.16.

Aire

Gráfico 1.17.


Fluido refrigerante

Gráfico 1.18.

Sistema de distribución de frío de volumen variable de refrigerante (VRV). Este sistemapermite enviar refrigerante en diferente estado a diferentes evaporadores, de manera quemientras en una parte del edificio se puede demandar calor, en otra se puede dar refrige-ración simultáneamente con el mismo equipo. Además, incluye la particularidad de quese ahorra energía, ya que se puede traspasar el calor de la zona que demande frío a la quedemanda calor y viceversa.

• También pueden clasificarse los sistemas según el tipo de control de las cargas térmicas:• Volumen constante y temperatura variable de aire• Temperatura constante y volumen variable de aire• Temperatura y volumen de aire variables• Dos tubos de agua• Cuatro tubos de agua

3.1.2. Sistemas de distribución de frío y calor

3.1.3. Sistemas autónomos y centralizados


Se denominan sistemas autónomos aquéllos en los que la unidad de producciónde frío y la unidad de tratamiento de aire están contenidos en un mismo aparato,situado normalmente en la zona a climatizar. Este tipo de sistemas contienen todoslos elementos del ciclo frigorífico, de regulación y control, y de filtrado del aire.


Se pueden distinguir dos grupos: equipos de condensación por agua y equipos de con-densación por aire.

Entran en este tipo de clasificación, las unidades compactas y unidades partidas.

Actualmente, con los sistemas múltiples partidos (varias unidades evaporadoras), se pue-den controlar distintas zonas gracias al sistema de volumen de refrigeración variable(VRV).

Los sistemas centralizados son aquéllos en los que la unidad de tratamiento de aire (UTA)queda fuera del local que se desea climatizar.

3.1.4. Sistema unizona

Es el sistema por aire o todo – aire más sencillo. Consiste en un climatizador por cadazona a climatizar. Los componentes del climatizador se seleccionan de acuerdo con lasexigencias del local. La regulación se efectúa manteniendo el volumen constante y va-riando la temperatura.

El tratamiento del aire es centralizado (ventilación, calefacción y refrigeración) en el cli-matizador, distribuyendo el aire tratado (caudal constante) por un único conducto conramificaciones a cada sala o zona.

En este tipo de sistema no es posible realizar un control individual de temperatura encada espacio, sala o local.

Tiene las siguientes características:

Tabla 1.10.

La temperatura de impulsión suele ser de 10 o 12 ºC por debajo de la temperatura dellocal, con velocidades en conducto inferiores a 9 m/s, en aplicaciones no industriales.

Caudal y temperatura

Es un sistema a caudal constante y temperatura variable. El control de temperatura de la zona se realiza por variación de la temperatura de impulsión.

Control de zonasSistema sin posibilidad de zonificación. No se puede realizar un control individual de cada zona.

FuncionamientoSu modo de funcionamiento es calefacción o refrigeración en todos los espacios.


3.1.5. Sistemas de caudal variable de aire

Es un sistema de distribución de aire monoconducto que permite controlar de forma in-dependiente varias zonas con variaciones de carga muy diferentes. El sistema está com-puesto por un climatizador central, que suministra aire frío a temperatura (12 a 15 ºC) yun único conducto de distribución de aire, con ramificaciones en cada espacio, zona olocal, que así constituyen zonas independientes.

A la entrada de cada zona, se incorpora una unidad terminal (caja de volumen variable),que permite realizar el control de la temperatura del local, variando el caudal de aire, ymanteniendo constante la temperatura de impulsión del aire.

Gráfico 1.19.

El sistema multizona distribuye a cada zona de control de temperatura una única corriente de aire tratada centralmente. En el climatizador se mezclan para cada zona cantidades de aire frío y caliente para obtener un caudal constante a la temperatura variable exigida en cada zona.

Estas cajas de VAV pueden ser de descarga directa al local (incorporando en ellas eldifusor de distribución del aire) o una red de conductos de baja velocidad con difusoresterminales.


El sistema de conductos está compuesto por:

Conducto del climatizador a la caja de VAV, con aire a baja o alta velocidad.

Conducto de la caja de VAV al difusor terminal local, con baja velocidad del aire.

Conducto común de todas las zona de retorno al climatizador.

El modo de funcionamiento es el siguiente:

Caudal variable y temperatura constante. El control de temperatura de la zona (espacioo local) se realiza por variación del caudal de impulsión.

Sistema con zonificación. Se realiza un control individual de temperatura en cada zona.

Calefacción mediante un sistema independiente (radiadores, unizona a caudal constan-te) o por recalentamiento terminal en la caja VAV.

3.1.6. Sistema aire – agua a dos tubos

Es un sistema muy utilizado en hoteles, hospitales y edificios de oficinas generalmentecon ventiloconvectores. No es apropiado en climas sin acusado contraste entre las tem-poradas de calefacción y refrigeración.

Este sistema distribuye aire y agua a los locales a acondicionar, donde se encuentran lasunidades terminales. Cada unidad terminal da servicio a una zona de calefacción o refri-geración.

En estos sistemas, el aire primario de ventilación, todo exterior, pasa por una unidad detratamiento de aire (UTA) y mediante un único conducto de distribución de aire, con ra-mificaciones, se distribuye hacia cada local o a cada fan-coil.

En este caso, el sistema de distribución de agua es mediante dos tubos, uno de impulsióny otro de retorno.

No es posible la calefacción y refrigeración simultánea.

3.1.7. Sistema aire - agua a cuatro tubos

Es un sistema muy utilizado y que, al mejorar las prestaciones del sistema a dos tubos, espreferible su elección.



El funcionamiento de este sistema es el mismo que el bitubo, pero con cuatro tubos. Estopermite ser aplicado en edificios con necesidades simultaneas de calefacción en unas zo-nas y refrigeración en otras.

Los elementos terminales son ventiloconvectores (fan-coils) con dos baterías.

Este sistema es más caro de inversión que el sistema a dos tubos pero permite una granflexibilidad para edificios con carga variable, y con menores gastos de funcionamiento.

3.1.8. Sistemas todo agua

Estos sistemas distribuyen agua a los locales acondicionados, donde se encuentran lasunidades terminales.

Tabla 1.11.

Los sistemas de suelo radiante se han utilizado desde siempre para la calefacción, peroactualmente cada día son más las instalaciones de con techos fríos, con lo que condicio-na un dimensionado más adecuado para que no haya condensaciones de agua.

Con estos sistemas la sensación de confort es muy alta incluso a temperaturas fuera delos rangos tradicionales. Es una característica que se debe a la dependencia del confortsegún las temperaturas.

Los techos radiantes fríos trabajan con temperaturas del agua fría más altas que en lossistemas convencionales, por lo que es mayor el rendimiento energético de los equiposde generación de frío. Por otra parte, estos sistemas permiten temperaturas del aire am-biente en refrigeración mayores que con los sistemas convencionales, y en calefacción


Fan-coils Aunque el sistema ya se ha explicado como sistema aire-agua, puede considerarse como solo agua, cuando en el sistema no haya aire de ventilación.

Radiadores Es el sistema tradicional utilizado en calefacción.

Sistema de suelo o techo radiante

Consiste en una instalación de redes de tuberías por el suelo o el techo de los locales, para obtener una temperatura radiante de la superficie adecuada para la climatización del local. En este caso, se produce intercambio de calor por radiación y convección natural. La temperatura media radiante es un parámetro que influye mucho en la sensación de confort de los ocupantes del local.


menores que con ellos, de modo que se consigue una economía en la potencia térmicanecesaria.

Aunque el coste de inversión sea mayor que el de otros sistemas, al ser menores los costesde explotación es posible obtener una buena rentabilidad que justifique su aplicación.

3.1.9. Sistemas de volumen variable de refrigerante (VRV)

Gráfico 1.20.

El sistema de distribución de frío de volumen variable de refrigerante (VRV) permite en-viar refrigerante en diferente estado a diferentes evaporadores, de manera que, mientrasen una parte del edificio se puede demandar calor, en otra se puede dar refrigeración si-multáneamente con el mismo equipo. Además, incluye la particularidad de que se ahorraenergía, ya que se puede traspasar el calor de la zona que demanda frío a la que demandacalor y viceversa.

Los sistemas de distribución de frío o calor de volumen de refrigerante variable (VRV) dis-tribuyen el refrigerante a los equipos situados en el espacio que hay que climatizar me-diante pequeños tubos de bronce. En el mercado, actualmente existen sistemas de trestubos y de dos tubos. El sistema global funciona con unidades multi-split, con una uni-dad condensadora exterior que, con el compresor, actúa modulando el fluido refrigeran-


te mediante un sistema de control de potencia en función de la demanda. Estos sistemascontrolan el nivel de fluido separando con precisión el refrigerante en fase gas para lacalefacción del refrigerante líquido para la refrigeración.

Los sistemas de dos tubos tienen un dispositivo de control que permite distribuir el refri-gerante a volumen variable (frío y calor) con solo dos tubos. Se trata de un controladorque conecta las unidades interiores con las exteriores y es capaz de distribuir refrigerantedependiendo de su modo de funcionamiento (calefacción o refrigeración). Este disposi-tivo funciona separando el refrigerante de la fase gas de la fase líquida.

Los sistemas de VRV permiten adaptar la producción de refrigeración a la demanda decalor del sistema, en la magnitud y el momento que se produce consiguiendo en cadainstante el régimen de potencia más próximo al de máximo rendimiento. Éste se consi-gue en los períodos de tiempo en que las cargas de refrigeración y las de calefacción estánequilibradas.


Editorial UOC 49 Tecnología de refrigeración

Capítulo II. Tecnología de refrigeración

1. Fundamentos termodinámicos

1.1. Nomenclatura y definiciones

1.1.1. Acondicionamiento de aire

En primer lugar resulta conveniente clarificar algunos términos que se emplearán de for-ma continua a lo largo de las distintas sesiones y que en la numerosa bibliografía técnicaexistente pueden inducir a confusión.

Dichas acciones conforman tres grandes grupos de técnicas:Técnicas para la corrección de la temperatura del aire interior.Técnicas para la corrección del contenido de humedad del aire interior.Técnicas para la corrección de la calidad del aire interior.

Gráfico 2.1.

Así, bajo el concepto general de "acondicionamiento de aire" se entenderán to-das aquellas acciones que se llevan a cabo sobre el aire contenido en el interior deun edificio o local con el objeto de alcanzar unos determinados niveles de confort.


1.1.2. Climatización

Así, quiere marcarse una diferenciación con respecto a la acepción habitual que tiene laexpresión "aire acondicionado". Generalmente, en terminología de origen americano,suele confundirse acondicionamiento de aire con aire acondicionado (air conditioning) yéste suele referirse únicamente a la corrección de los niveles de temperatura en verano.Como puede fácilmente deducirse, la expresión "acondicionamiento de aire" cubre unaparcela mucho más amplia de posibilidades.

Por tanto, el sentido habitual (e incorrecto) que en muchos textos y ámbitos se le da a la ex-presión "aire acondicionado", en esta obra va a ser sustituido por la expresión "refrigeración".

Gráfico 2.2.

1.1.3. Refrigeración industrial

Por tanto, bajo el concepto refrigeración entendemos el conjunto de técnicas para elenfriamiento de fluidos (agua, aire...), y emplearemos la expresión calefacción paradenominar el conjunto de técnicas destinadas al calentamiento de fluidos. La expre-sión que englobará ambos conceptos simultáneamente será climatización.

Finalmente, para terminar de clarificar los términos más habituales encontradosen la bibliografía técnica, queda por definir refrigeración industrial como aquelconjunto de técnicas empleadas para la obtención de frío a bajas temperaturas (in-ferior a ± 0 ºC), básicamente en aplicaciones de proceso y cámaras frigoríficas.


1.1.4. Refrigeración

Se ha indicado al inicio de la sesión que la refrigeración y la calefacción conforman elcapítulo de climatización y que éste es uno de los cometidos del acondicionamiento delaire. Dicho concepto ha sufrido una interesante evolución a lo largo del tiempo:

1.2. Evolución histórica

En esta obra se van a tratar exclusivamente las técnicas para el enfriamiento de aire oagua para aplicaciones de acondicionamiento de aire, es decir, sobre la tecnología de larefrigeración (el mal llamado "aire acondicionado"). En otras obras de esta colección seencontrarán las demás técnicas que complementan la acepción actual del término "acon-dicionamiento de aire".

Tabla 2.1.

1.2.1. Termodinámica de la refrigeración

En los puntos siguientes se describirán las tecnologías habituales para el accionamientode los sistemas de refrigeración:

• Ciclo de compresión del vapor refrigerante.• Ciclo de absorción del vapor refrigerante.

El primero se enmarca dentro de las tecnologías "mecánicas, en ciclo cerrado", mientrasque el segundo representa a las tecnologías "térmicas, en ciclo cerrado".



Por contraposición, existen las tecnologías de ciclo abierto, las cuales pueden ser:

• Mecánicas (recompresión del vapor).• Térmicas (eyección de vapor).• Fisicoquímicas (mezclas de compuestos químicos "refrigerantes").

1.2.2. Refrigeración fisicoquímica

Mucho antes de la existencia de máquinas para la generación de frío, éste era obtenido deforma "natural" gracias a la colaboración del clima (invierno) y de distintos accidentes oro-gráficos (cuevas, pozos y vertientes montañosas no expuestas al sol). Las primeras técnicasde refrigeración tendían al mantenimiento del frío natural, en forma de hielo o nieve, apro-vechando sustratos y mantos vegetales, los cuales permitían un comercio del frío, del que setiene constancia en épocas y sociedades tan remotas como la China del año 1100 a. C.

Posteriormente, se descubrió que si el hielo, cuyo punto de fusión-congelación es de 0 ºC,se mezclaba con sal podía reducir su punto de congelación algunos grados (hasta 20 ºCbajo cero). Durante muchos siglos y hasta la aparición de la compresión en ciclo cerrado,todo el frío generado en la Tierra fue de origen fisicoquímico, basado en mezclas deagua, nieve o hielo, con distintas sales (nitrato amónico (hasta -15 ºC), cloruro sódico(hasta -20 ºC), y cloruro cálcico (hasta -40 ºC), por citar las principales).

1.3. Termodinámica – Compresión

1.3.1. Relación de equilibrio líquido-vapor

El ciclo más extendido desde la aparición de los refrigerantes halogenados "freones" es eldenominado ciclo de compresión. Para explicar su funcionamiento, en primer lugar espreciso conocer que para cualquier fluido existe la denominada relación de equilibriolíquido-vapor, con el siguiente enunciado:

"Todo líquido se encuentra en equilibrio con su fase vapor a unas determinadas condi-ciones termodinámicas de presión y temperatura. Cualquier alteración en las condicio-nes del sistema hará que éste evolucione (por evaporación del líquido o condensacióndel vapor), hasta conseguir de nuevo aquel equilibrio termodinámico".

Las tecnologías de ciclo cerrado comportan un movimiento cíclico del refrigerantea lo largo de las distintas etapas del ciclo, regresando siempre a un mismo puntode partida. En las tecnologías de ciclo abierto, existe siempre una pérdida y repo-sición continua de "refrigerante" y por tanto, no existe un punto inicial del ciclo.


El ejemplo doméstico de este comportamiento se encuentra en la evolución de las pro-piedades del agua.

1.3.2. Relación de equilibrio líquido-vapor

La figura siguiente muestra la representación gráfica de la condición de equilibrio paraun fluido ampliamente utilizado en los procesos de refrigeración, el refrigerante R-22:

Gráfico 2.3.

A 15 ºC, el R22 tiene una presión de equilibrio de 7,9 bar, a 0 ºC son 4 bar y a 40 ºC, lapresión es de 14,4 bar. Esto significa que un sistema de R22 a 15 ºC será una mezcla lí-quido-vapor en equilibrio a 7,9 bar (se ha evaporado suficiente cantidad de R22 líquidocomo para que la presión interior del botellín sea de 7,9 bar):

Gráfico 2.4.

¿Qué ocurriría si se abriera la válvula del botellín de R22?



¡Ya se ha generado frío! No obstante, este sistema de generación de frío resulta extrema-damente costoso, de enorme impacto ambiental y limitado en el tiempo (cuando se vacíael botellín se acaba la refrigeración). Además, no se dispone de control sobre la tempera-tura a la que se genera el frío.

¿Qué ocurriría si se vaciara el botellín sobre otro botellín a distinta presión?

La temperatura de equilibrio de R22 a 4 bar son 0 ºC y la temperatura de equilibrio delR22 a 14,4 bar son 40 ºC. Si el sistema exterior se encuentra a 15 ºC, se producirán, si-multáneamente, dos efectos:

• Transferencia de calor desde el exterior (enfriamiento del ambiente) hacia el botellína 4 bar, a medida que el refrigerante va evaporándose y siendo transferido hacia elsegundo botellín.

• Transferencia de calor desde el botellín a 14,4 bar hacia sus alrededores, por conden-sación del refrigerante en el interior del segundo botellín.

En este punto vale la pena recalcar una de las condiciones que mantendrá cualquier sis-tema de refrigeración en ciclo cerrado: "El refrigerante se evaporará para generar frío ynecesariamente deberá volver a condensarse, disipando calor hacia el exterior".

El esquema anterior presenta la ventaja de que no hay fuga de refrigerante y permite uncontrol de la temperatura ambiente (por control de las presiones en el compresor). Sinembargo, sigue sin ser cíclico, ya que, una vez vaciado el primer botellín, éste debería serintercambiado con el segundo para continuar con la generación de frío.

¡Lo ideal sería que el refrigerante líquido del segundo botellín retornara cíclicamente alprimer botellín!

Si los botellines son cambiados por intercambiadores de calor, se mejorará su eficienciaen la transferencia de calor. Así, al primer botellín se le llama "evaporador" (donde se eva-pora refrigerante y se genera frío) y al segundo botellín se le llama "condensador" (dondecondensa el refrigerante evaporado y se genera calor, que es disipado al exterior o bienaprovechado para calefacción en los sistemas denominados de "bomba de calor").

Es importante notar cómo el proceso de generación de frío va asociado a un cam-bio de fase del refrigerante (por evaporación). De la misma manera, el proceso degeneración de calor irá acompañado de otro cambio de fase del refrigerante (porcondensación).



No obstante, el esquema habitual de representación del ciclo es el siguiente:

Gráfico 2.5.

1.4. Compresión – Balance energético

1.4.1. Balance energético del ciclo de compresión

El balance energético del ciclo de compresión es el siguiente:

Qc = Qe + W

Donde Qc es el calor cedido en el condensador, Qe es el calor absorbido en el evaporador y Wes el trabajo absorbido por el compresor.

No obstante, normalmente el balance energético suele representarse en forma del coefi-ciente COP "coefficient of performance":

COP = Qe / W

El COP es la relación entre el frío útil obtenido en el evaporador y la energía consumidaen el compresor.

En un ciclo ideal, la expresión del COP puede relacionarse mediante la ecuación siguiente:

COP = Te / (Tc - Te)

Donde Tc es la temperatura (absoluta, en K) de condensación y Te es la temperatura (absoluta,en K) de evaporación.

Si bien el valor del COP real de un sistema frigorífico por compresión difiere, en valorabsoluto, de la expresión anterior, sí que su evolución responde a lo indicado en la ecua-ción. Así, dos consecuencias son claras de la observación de la expresión anterior:

• A menor temperatura de evaporación, menor es el COP (cuesta más hacer frío a bajastemperaturas).


• A mayor temperatura de condensación, menor es el COP (es más eficiente condensara temperaturas bajas).

1.5. Termodinámica – Absorción

1.5.1. Introducción histórica

Los "descubrimientos" científicos de los ciclos de absorción y compresión no quedanmuy distantes entre sí; las bases teóricas se remontan a mediados del siglo XIX y los pri-meros equipos patentados lo fueron en 1859 (Ferdinand Carré - Absorción de amoníaco),1867 (Charles Tellier - Compresión de éter metílico) y 1872 (David Boyle - Compresiónde amoníaco).

Desde finales del siglo XIX hasta el primer cuarto del siglo XX, los esfuerzos se centraronpor conseguir equipos cada vez más fiables en cuanto a su funcionamiento, siendo delimitada relevancia aspectos tales como el consumo energético asociado. Durante dichoperíodo, ninguno de los ciclos anteriores se impuso claramente sobre el otro.

Gráfico 2.6.

La aparición de los freones como refrigerantes "ideales" para los ciclos de compresión,junto con la cada vez mayor disponibilidad de energía eléctrica, hizo de los sistemas ba-sados en el ciclo de absorción una tecnología "obsoleta", que no empezó a recobrar pro-tagonismo hasta los años setenta y ochenta, con la progresiva "absorción" de tecnologíapor parte de las empresas japonesas sobre las americanas (compra de patentes), así comoel impulso a los sistemas de absorción como complemento de las instalaciones de coge-neración termoeléctrica.



1.5.2. Descripción del ciclo

1.6. Mezclas refrigerante – absorbente

Para lograr dicha separación, los sistemas LiBr/H2O requieren un aporte de calor aunos 100 ºC (entre 85 y 120 ºC - agua caliente / sobrecalentada) mientras que los sis-temas NH3/H2O requieren un aporte de calor a unos 160 ºC (entre 140 y 180 ºC - vaporsaturado).

Los intercambiadores de calor usados suelen ser de carcasa y tubos en el caso de los equi-pos LiBr/H2O, mientras que cada vez se imponen más los intercambiadores de placaspara los equipos NH3/H2O.

Las mezclas más comúnmente empleadas en ciclos de absorción son:

• Refrigerante agua (R-718) y absorbente bromuro de litio (LiBr).

Gráfico 2.7.

Este sistema es el más ampliamente empleado en procesos de acondicionamiento de aire(téngase en cuenta que el agua congela a los 0 ºC y, por consiguiente, su aplicación comorefrigerante debe realizarse a temperaturas positivas (típicamente 4-5 ºC como tempera-tura mínima de evaporación). Los niveles de temperatura (presión) alcanzados hacen queestos equipos condensen con agua de torre de refrigeración.



• Refrigerante amoníaco (R-717) y absorbente agua (H2O).

Sistemas NH3/H2O

Esta mezcla se emplea con profusión en aplicaciones de refrigeración a baja temperatura hastaunos -30 ºC. Los niveles de temperatura (presión) alcanzados hacen que estos equipos puedancondensar tanto con agua de torre de refrigeración, como directamente con aire ambiente.

Dado que en este último caso, a diferencia del primero, el absorbente es también un pro-ducto volátil, el diseño del generador es especial, ya que debe separar totalmente el amo-níaco (que circulará hacia el condensador) del agua (que deberá quedarse en el generadory absorbedor).

Para lograr dicha separación, los sistemas LiBr/H2O requieren un aporte de calor aunos 100 ºC (entre 85 y 120 ºC - agua caliente / sobrecalentada) mientras que los sis-temas NH3/H2O requieren un aporte de calor a unos 160 ºC (entre 140 y 180 ºC - va-por saturado).

Los intercambiadores de calor usados suelen ser de carcasa y tubos en el caso de los equi-pos LiBr/H2O, mientras que cada vez se imponen más los intercambiadores de placaspara los equipos NH3/H2O.

1.7. Ciclos de absorción por doble efecto

1.7.1. Equipos de absorción por doble efecto

A los equipos que funcionan con el esquema indicado anteriormente se les denominade simple efecto, simple etapa o de efecto único single stage, ya que la introducciónde energía térmica en el generador se aplica sólo una vez en la obtención de refrige-rante líquido.

Un sistema de mayor complejidad, mediante el empleo de un mayor número deintercambiadores de calor y un mayor número de niveles de presión, permite diseñarlos sistemas denominados de doble efecto o doble etapa, en los que la introducciónde energía térmica en el generador se aplica dos veces en la obtención de refrigerantelíquido.

La ventaja principal de estos esquemas de doble efecto es su mayor eficiencia energé-tica y es gracias a dicha mejora por lo que han vuelto a aparecer con fuerza en el mer-cado del acondicionamiento de aire a partir de finales de los ochenta y principios delos noventa. Por el contrario, el accionamiento térmico de un sistema de doble efectodebe, necesariamente, hacerse a alta temperatura (vapor saturado o gases de combus-


tión), mientras que para el simple efecto podía emplearse directamente agua caliente(por encima de los 85 ºC).

Gráfico 2.8.

Gráfico 2.9.


A continuación se muestra una aplicación de los sistemas de absorción de doble efecto:

Gráfico 2.10.

1.8. Absorción – Balance energético

1.8.1. Balance energético del ciclo de absorción (simple efecto)

Balance energético del ciclo de absorción (simple efecto)

El balance energético del ciclo de absorción es el siguiente:

Qc + Qa = Qe + Qg + W

Donde Qc es el calor cedido en el condensador, Qa es el calor cedido en el absorbedor, Qe es elcalor absorbido en el evaporador, Qg es el calor absorbido en el generador y W es el trabajo ab-sorbido por la bomba (prácticamente despreciable).

A efectos prácticos, pues el balance se suele resumir en:

Qc + Qa = Qe + Qg

Similarmente a como ocurre en el ciclo de compresión, el balance energético suele repre-sentarse en forma del coeficiente COP "coefficient of performance":

COP = Qe / Qg

El COP es la relación entre el frío útil obtenido en el evaporador y la energía consumidaen el generador.


En un ciclo ideal, la expresión del COP puede relacionarse mediante las ecuaciones si-guientes:

Qc = Qe = L (calor latente de cambio de fase líquido-vapor)Qg = Qa = L + D (calor latente de dilución)COP = Qe / Qg = L / (L+D) = 1 / (1 + D/L)

Si bien el valor del COP real de un sistema frigorífico por absorción difiere, en valor ab-soluto, de la expresión anterior, sí que su evolución responde a lo indicado en la ecua-ción. Así, tres consecuencias son claras de la observación de la expresión anterior:

• El COP de un sistema de absorción de simple efecto es inferior a 1.• El COP de un sistema de absorción de simple efecto será tanto más inferior a 1 según

como sea la "afinidad" del absorbente por el refrigerante (D). Un absorbente muy "afín"(D elevada) tendrá un menor rendimiento termodinámico que un absorbente menosafín.

• Por el contrario, un absorbente muy afín requerirá poca circulación de la mezcla, yaque tendrá un punto de saturación mucho más elevado que un absorbente poco afín.

El balance energético simplificado del ciclo de absorción es de nuevo el siguiente:

Qc + Qa = Qe + QgCOP = Qe / Qg

En el ciclo ideal, la expresión del COP puede elaborarse basándonos en las siguientespremisas:

Qc = Qe = 2L (calor latente de cambio de fase líquido-vapor)Qg = Qa = L + D (calor latente de dilución)COP = Qe / Qg = 2L / (L+D) = 2 / (1 + D/L)

Es decir, en un sistema de doble efecto el COP tenderá a un valor máximo de 2. En la prác-tica, los sistemas de doble efecto LiBr/H2O accionados con vapor tienen valores del COPcomprendidos entre 1,1 y 1,3, mientras que los sistemas accionados con gases de combus-tión tienen valores del COP comprendidos entre 0,9 y 1,0. Los niveles de presión a los que

En la práctica, los sistemas de simple efecto LiBr/H2O accionados con agua calientetienen valores del COP comprendidos entre 0,6 y 0,8, mientras que los sistemas desimple efecto NH3/H2O accionados con vapor tienen valores del COP comprendidosentre 0,4 y 0,5 (para temperaturas del agua fría compatibles con acondicionamientode aire; para aplicaciones de refrigeración industrial, el COP baja a 0,3-0,4).


debería llegarse para aplicar el doble efecto a los sistemas NH3/H2O hacen inviable su apli-cación práctica. No obstante, la mejora en la eficiencia de estos equipos es posible sobre labase de la tecnología GAX, que permite alcanzar valores del COP de 0,7 a 0,8.

2. Tecnología de refrigeración

2.1. Introducción

En la sesión anterior se han presentado los fundamentos termodinámicos de la refrigeración:

Existen otros esquemas de funcionamiento no cíclicos, tal como se muestra en la figuraal margen.

Gráfico 2.11.

En resumen, se ha mostrado cómo, para conseguir el efecto de refrigeración de-seado, siempre se ha empleado un fluido (refrigerante en estado líquido) que ab-sorbe calor del medio gracias a su ebullición a baja presión.

Asimismo, se ha mostrado cómo, para conseguir un funcionamiento cíclico delsistema, es preciso que el refrigerante, una vez evaporado, retorne nuevamente ala fase líquida. Para ello, se ha aumentado siempre la presión del refrigerantevapor hasta un nivel cuya condensación pueda realizarse disipando calor hacia elexterior del sistema.


Así pues, frente a la compresión de refrigerante vapor en ciclo cerrado (ciclo de compre-sión), existe la compresión de vapor en ciclo abierto (ciclo de recompresión mecánicadel vapor), que se emplea especialmente de modo muy eficiente energéticamente enaplicaciones de concentración y secado a baja temperatura.

Gráfico 2.12.

Mediante este ciclo de recompresión, se alimenta a un evaporador-condensador con lamezcla que se desea concentrar. Se promueve la evaporación de agua mediante aspira-ción de los vahos que se forman gracias a un compresor. Éste aspira el vapor de agua, locomprime y envía nuevamente al evaporador-condensador para ceder su calor latente decondensación hacia la mezcla contenida, facilitándose de esta forma su evaporación.Como puede observarse en la figura al margen, continuamente se añade mezcla a con-centrar y se retira concentrado y condensado.

Similarmente, también existe la compresión térmica de vapor en ciclo cerrado (ciclo deabsorción) y su homóloga en ciclo abierto (por eyección de vapor).

En este caso, directamente se emplea vapor en un eyector para generar un nivel de vacíotal que permita la evaporación de agua del sistema. Como se ha indicado, evaporación ybaja presión son conceptos que siempre trabajan unidos.

Gráfico 2.13.


En esta unidad, no obstante, sólo va a tratarse acerca de la tecnología de ciclos cerrados,los cuales incorporan los siguientes elementos básicos:

• Evaporador• Condensador• Compresor• Dispositivo de expansión

Gráfico 2.14.

Tanto el evaporador como el condensador son simples elementos de intercambiode calor hacia y desde el ambiente y no tienen una mayor incidencia en la selecciónde una u otra tecnología de refrigeración (en general, la condensación, en sistemasde acondicionamiento de aire, se realiza hacia el ambiente exterior; normalmente secondensa al aire exterior o bien hacia el agua de un sistema basado en torres de refri-geración).

El elemento al que debe prestarse una atención especial es el compresor (compresor me-cánico en el ciclo denominado de compresión y compresor térmico en el ciclo denomi-nado de absorción). Las unidades siguientes dentro de esta sesión mostrarán lascaracterísticas básicas para ambas tecnologías.

El dispositivo de expansión hace posible que el refrigerante, al pasar del lado de alta pre-sión en el condensador al lado de baja presión en el evaporador, se encuentre en condi-ciones de hervir a baja presión y baja temperatura.


2.2. Unidades de frío

Unidades energéticas habituales en sistemas de refrigeración

2.2.1. La tonelada de refrigeración

Una de las unidades más habitualmente empleadas en el mundo de las instalaciones derefrigeración son las denominadas "toneladas de refrigeración" (abreviado RT). Para com-prender el motivo de dicha denominación, es preciso remontarse a las épocas en las queel "frío" era "comprado y vendido" en forma de hielo. La unidad básica, pues, para "medirel frío" era el peso del hielo comerciado, concretamente la tonelada... de refrigeración.

No obstante, si uno realiza las operaciones correspondientes y toma en consideraciónque el calor latente de cambio de fase líquido-sólido para el agua son 80 kcal/kg, llegaráa resultados erróneos, puesto que, además, la tonelada a la que se refiere la definición noes la tonelada métrica, sino la Short Ton (2.000 lb).

2.2.2. El caballo de potencia

Fuera de esta unidad particular de medición de la potencia frigorífica de los equipos, elresto de unidades son las comunes:

Tabla 2.2.

A menudo, se suele indicar la potencia frigorífica a partir de la potencia eléctrica (en ca-ballos) del motor de accionamiento del compresor:

Así pues, una tonelada de refrigeración es el frío necesario para congelar una to-nelada de agua a cero grados en 24 horas.


1 kWf (kilovatio frigorífico) 860 kcal/h

1 kWf (kilovatio frigorífico) 3,52 RT

1 kWf (kilovatio frigorífico) 3.413 Btu/h


Tabla 2.3.

En este caso, la transformación a potencia frigorífica no es directa puesto que deben te-nerse en cuenta dos factores adicionales:

COP frigorífico

Relación entre la potencia frigorífica entregada y potencia mecánica absorbida.

Sobredimensionado del motor para cubrir la demanda de arranque.

La tabla siguiente facilita una transformación aproximada de los "caballos" en potenciafrigorífica:

Tabla 2.4.

2.2.3. La frigoría

Finalmente, en el campo de la refrigeración se suele aplicar otra unidad especial: la frigoría.

Tabla 2.5.

1 kW 1,34 HP

1 kW 1,32 CV

1 CV 3 kWf (a 0 ºC)

1 CV 2 kWf (a -20 ºC)

1 CV 1 kWf (a -40 ºC)

En este caso, la frigoría es una unidad equivalente a la (kilo)caloría empleada enel campo de la calefacción.

1 Frigoría = 1 Frig = 1 F 1 kcal = 1.000 cal

1.000 F/h 1,16 kWf

1.000.000 F/h = 1 MFH 1.163 kWf



2.3. Sistemas de compresión.

2.3.1. Clasificación.

2.4. Prestaciones

Valores típicos para el COP nominal:

Tabla 2.6.

Los compresores alternativos suelen emplearse hasta 100 kW; los de tornillo abarcan has-ta 1000 kW y, por encima, es habitual el empleo de compresores centrífugos.

Como puede observarse, los equipos de mayor potencia frigorífica tienen COP mejoresque los equipos de menor potencia. Para la refrigeración a temperaturas inferiores a los0 ºC el COP de los equipos es aproximadamente igual a 1.

2.5. Sistemas de absorción

2.5.1. Clasificación

2.6. Prestaciones

Valores típicos para el COP nominal

Los niveles de presión a los que debería llegarse para aplicar el doble efecto a los sistemasNH3/H2O hacen inviable su aplicación práctica. No obstante, la mejora en la eficienciade estos equipos es posible sobre la base de la tecnología GAX, que permite alcanzar va-lores del COP de 0,7 a 0,8.



2.6.1. Otras prestaciones típicas de los equipos

Tabla 2.7.

Generalmente, la situación de referencia para definir las prestaciones de los equipos deabsorción es:

Tabla 2.8.

La modificación de los parámetros anteriores se traduce en una variación en la potencianominal según los siguientes ratios de referencia:


Editorial UOC 69 Psicrometría

Capítulo III. Psicrometría

1. Conceptos básicos

1.1. Introducción

1.1.1. Definición

ASHRAE define la psicrometría como el estudio de las propiedades termodinámicas delaire húmedo y la utilización de estas propiedades para el análisis de las condiciones y delos procesos en los que interviene el aire húmedo.

Con ciertas matizaciones, la definición anterior podría reescribirse como: La psicrometríaes la ciencia que estudia la determinación de las propiedades termodinámicas del aire hú-medo, así como el empleo de dichas propiedades para analizar las condiciones y procesosque afectan al aire húmedo.

El estudio de la psicrometría no es una tarea sencilla, ya que para comprender el significadoglobal de cada parámetro debe conocerse cada uno de los que se exponen por separado.

1.1.2. Diagrama del aire húmedo

Éste es el diagrama psicrométrico. Nos permite trabajar con los diferentes estados del airede manera gráfica aunque menos exacta que mediante los cálculos analíticos.

A continuación y cada vez que se exponga cómo se obtiene analíticamente cada uno delos parámetros, se indicará también su obtención gráfica.

Psicrometría es una palabra de raíz terminológica griega donde:

Psicro: humedad

Metría: medir


Gráfico 3.1.

1.2. Modelo físico del aire

El aire es una mezcla de gases con la siguiente composición estándar, expresada en tantopor ciento en volumen referido al aire seco:

Gráfico 3.2.

78,084 N2 - Nitrógeno20,9476 O2 - OxígenoResto de gases (<1%):

0,934 Ar - Argón0,03124 CO2 – Dióxido de CarbonoNe - Neon, He - Helio, CH4 - Metano, SO2 – Dióxido de Azufre, H2 - Hidrógeno...


Su peso molecular es:

Su calor específico es:

Y su constante de los gases:

En psicrometría se puede adoptar el aire, para su estudio, como una mezcla ideal de:

AIRE = VAPOR DE AGUA (H20) + AIRE SECO

El vapor de agua es de contenido variable, desde aire seco hasta un contenido máximo de hu-medad (aire saturado).

Para el estudio del aire húmedo puede aplicarse la ley de Dalton de presiones parciales.Aceptando el modelo físico de aire descrito anteriormente, el aire puede ser tratado comoun gas ideal (mezcla de dos componentes), pudiendo aplicar las correlaciones conocidaspara gases ideales. Donde la presión del aire estará formada por la suma de las presionesparciales del aire seco y del vapor de agua.


El componente del aire que más interés tiene en psicrometría es el vapor de agua,a pesar de que su presencia es minoritaria en la mezcla que constituye el aire(1-2% en peso aproximadamente).


Gráfico 3.3.

1.3. Temperatura seca

Es aquella que se mide mediante un elemento sensor, colocado en el aire y protegido dela radiación solar.

Sensor

Termómetro convencional de dilatación, termopar, termorresistencia de platino, etc.

Este parámetro constituye un dato fundamental del proyecto que hay que estudiar.

En el diagrama, la temperatura seca es uno de los ejes principales. Usualmente se utilizaeste parámetro como entrada al diagrama.

Gráfico 3.4.


1.4. Presión del vapor de agua

Es la presión que ejercería el vapor de agua contenido en un volumen determinado si seextrajera el aire y se dejara únicamente el vapor de agua.

En un recipiente abierto con una masa de agua líquida expuesta al aire, el agua se evapo-ra, tendiendo a que su presión parcial del vapor de agua (Pw) alcance una situación deequilibrio líquido-vapor. En ese punto, el aire alcanza la presión de saturación (Pws) in-dependientemente de la presencia del aire.

Por cada temperatura existe una presión a la cual el fluido cambia de fase, con aporte oextracción de calor, sin variar su temperatura ni su presión. En ese punto, la presión tam-bién es la presión de saturación (Pws).

Aire seco: presencia mínima de vapor de agua Pw=0

Aire saturado: presencia máxima de vapor de agua Pw=Pws

1.4.1. ¿Cómo se determina la presión del vapor de agua?

Para determinar la presión del vapor de agua a saturación a una temperatura T, se puedenutilizar las tablas de "propiedades termodinámicas del agua a saturación".

Ejemplo

Por ejemplo, para determinar la presión del vapor de agua a saturación a una temperatura T, sepueden utilizar las tablas que se encuentran en el manual de ASHRAE o bien utilizar la calcula-dora psicrométrica que se adjunta en esta obra y que facilitará los cálculos.

La calculadora psicrométrica determina la presión de saturación por aproximación mate-mática con la siguiente expresión, a partir de la temperatura T y una humedad relativa HR:

En el punto que entre el aire y el agua se establece el equilibrio líquido-vapor Pw=Pws.


La humedad relativa (HR) y la temperatura (T) son las del aire en el estado que se deseacalcular.

Donde:

T temperatura del aire en K HR humedad relativa en % Pw presión del vapor de agua en kPa Pws presión del vapor de agua a saturación en kPa

La humedad relativa (HR) es del 100% para la temperatura (T) del aire en el estado quese desea calcular.

1.5. Humedad absoluta y relativa

1.5.1. Humedad absoluta

Es la masa de vapor de agua contenida en un kilo de aire seco.

Donde:

mw masa del vapor de agua en kg aguama masa del aire seco en kg aire seco

A continuación se desarrolla la expresión que se va a utilizar para determinar la humedadabsoluta a partir de la masa de vapor de agua y de aire.

Para gases ideales:

Aire seco:


Vapor de agua:

Sustituyendo en la propia definición de humedad absoluta queda:

Los parámetros de entrada al diagrama son: la humedad relativa y la temperatura seca.

Gráfico 3.5.

Una vez localizado el estado del aire en el diagrama, para determinar la humedad abso-luta, será suficiente con leer la ordenada que corresponda a ese punto.

1.5.2. Humedad relativa

Es un parámetro que se utiliza para medir el nivel de humedad existente en el airerespecto al nivel de saturación.


Se define como la relación entre la fracción molar del vapor de agua contenido en el airey la fracción molar del vapor de agua si el aire estuviera saturado a la misma presión ytemperatura.

Aplicando la regla de Dalton y las ecuaciones de los gases perfectos, se obtiene una ecua-ción que da rapidez y facilita el cálculo. Para simplificar, el desarrollo no se va a exponeren esta obra, pero puede consultarse en cualquier manual de los recomendados.

Es habitual, no obstante, encontrar la humedad relativa expresada como la relación entrela presión de vapor y la presión de vapor si estuviera saturado a la misma temperatura,en tanto por ciento:

Donde:

Pw presión del vapor de agua en kPa Pws presión del vapor de agua a saturación en kPa

En el diagrama, la humedad relativa es una de las líneas principales. Usualmente se uti-liza este parámetro como entrada al diagrama.

Gráfico 3.6.


1.6. Grado de saturación

Es la cantidad másica de vapor de agua (W) que tiene el aire respecto a la cantidad másicade vapor de agua que a la misma presión (P) y temperatura (T) tendría si estuvierasaturado (Ws).

Donde:

W humedad absoluta calculada a partir de la presión del vapor de agua PwWs humedad absoluta calculada a partir de la presión del vapor a saturación Pws

El grado de saturación y la humedad relativa son parámetros que miden la humedad exis-tente en el aire respecto al nivel de saturación.

Existe muy poca diferencia numérica entre ambos valores, por lo que pueden utilizarseindistintamente para medir la humedad relativa del aire, si no se requiere una elevadaprecisión de cálculo.

Usualmente, el parámetro más utilizado es la humedad relativa HR.

1.7. Volumen específico y densidad

Es el volumen que ocupa una masa de aire seco. A partir del volumen específico se puedecalcular la densidad del aire seco.

Para el cálculo de la densidad puede partirse de la ley de Dalton para el aire seco:


Donde:

Pa presión del aire seco Pa = P - Pw en PaMa peso molecular del aire seco 28,96 g/mol R constante del aire 8314 J/mol K T temperatura en K

Ejemplo

Así, por ejemplo, para las condiciones normales de 20 ºC y mediante la aproximación analíticade que la presión del aire es la atmosférica Pa = 101.325 Pa, la densidad del aire es la siguiente:

El cálculo exacto de la densidad en psicrometría precisa aplicar la presión del aire seco Paen vez de la presión total.


Gráfico 3.7.


Una vez localizado el estado del aire en el diagrama, para determinar el volumen especí-fico, se buscará la línea de volumen específico paralela que pase por el punto o interpolarentre las líneas más cercanas.

1.8. Entalpía específica

La entalpía es la energía que posee el aire a unas condiciones de presión y temperaturacon respecto a las que tendría en unas condiciones estándar de presión y temperatura.

Las condiciones que se adoptan como estándar son las siguientes:

T = 0ºC = 273,15 K P = 101,325 kPa W = 0 kg agua/kg aire seco

Como ya se ha introducido anteriormente, el aire es una mezcla de aire seco y de vaporde agua. Por lo tanto, la energía asociada a este aire será la suma de ambas energías.

Donde:

Ha entalpía del aire seco Hw entalpía del vapor de agua

Tomando como entalpía específica la entalpía referida a una unidad de masa, en estecaso a un kilo de aire seco, se obtiene lo siguiente:

y tomando de la propia definición de humedad absoluta mw = ma x W



La entalpía del aire húmedo es por tanto:


Gráfico 3.8.

Una vez localizado el estado del aire en el diagrama, para determinar la entalpía especí-fica, se seguirá la línea isoentálpica paralela que pase por el punto hasta llegar al eje en-tálpico, donde se podrá leer la entalpía correspondiente al punto o interpolar entre laslíneas más cercanas.

1.9. Temperaturas psicométricas

1.9.1. Temperatura de rocío

Enfriando un aire húmedo a presión constante y humedad absoluta constante, se irá dis-minuyendo la temperatura hasta llegar a un momento en el que el vapor de agua empe-


zará a condensar. A esta temperatura se la llama temperatura de rocío, también conocidacomo punto de rocío o dew point (TDP).

La temperatura de rocío es una propiedad termodinámica, ya que para una presión P yuna humedad específica W le corresponde una temperatura de rocío TDP.

Al ir disminuyendo la temperatura del aire, disminuye la presión de saturación (Pws), ocantidad máxima de agua admisible en el aire. Es decir, al ir disminuyendo la tempera-tura, el aire se va saturando de vapor de agua hasta que la humedad relativa es del 100%en el punto de rocío.

Cualquier enfriamiento posterior del aire, más allá del punto de rocío, presupone la exis-tencia de un exceso de vapor de agua en el aire, provocando condensación de vapor deagua en forma líquida.

De igual manera que con los otros parámetros, la temperatura de rocío también puedecalcularse gráficamente en el diagrama psicrométrico, bien utilizando la calculadorapsicrométrica que se adjunta en esta obra, bien mediante la siguiente aproximaciónanalítica:

Donde:

TDP temperatura de rocío en K Pw presión del vapor de agua en kPa

Ejemplo

Este fenómeno puede observarse sobre la superficie de los cristales de una sala con una ventanaexterior. En este caso, cuando la temperatura exterior es baja, el aire interior que está en contac-

La temperatura (T) a la cual la presión del vapor de agua (Pw) corresponde con lapresión de saturación del vapor de agua (Pws) se denomina temperatura de rocío(TDP).


to con el cristal se enfría, liberando sobre el cristal el exceso de vapor de agua en forma líquidacuando se produce la condensación.

Cualquier superficie cuya temperatura sea inferior al punto de rocío del aire provocará la con-densación de vapor de agua, procedente del aire, sobre dicha superficie.


Gráfico 3.9.

Una vez localizado el estado del aire en el diagrama, para determinar la temperatura derocío, se seguirá la línea de humedad absoluta constante hasta llegar a la saturación(HR=100%). La temperatura seca que se corresponda con ese punto es la temperatura derocío.

Temperatura de bulbo húmedo

El termómetro de bulbo húmedo es un elemento que sirve para medir humedades. Elconcepto de temperatura de bulbo húmedo guarda cierta relación con el concepto detemperatura de saturación adiabática.


La medida de la temperatura de bulbo húmedo se realiza con un termómetro normal, acuyo sensor se incorpora una camisa de gasa húmeda en contacto con agua líquida enpresencia de una corriente de aire.

Gráfico 3.10.

Principio de funcionamiento

Inicialmente se tiene el conjunto del termómetro húmedo a una temperatura igual a latemperatura seca del aire.

Al exponer dicho termómetro a una corriente de aire, se observa un descenso gradual desu temperatura hasta estabilizarse en un valor denominado temperatura del bulbo hú-medo o temperatura húmeda.

En el proceso debe tenerse en cuenta que el aire ambiente no se halla saturado de vaporde agua (HR<100%). Por dicho motivo, al exponer el termómetro húmedo a una corrien-te de aire, se produce una evaporación espontánea del agua de la parte expuesta de la ga-sa, lo cual satura el aire circundante.

La resolución de la temperatura de bulbo húmedo es laboriosa, comparada con la reso-lución mediante el diagrama psicrométrico, sobre el que basta seguir la línea isoterma de



bulbo húmedo correspondiente a las condiciones iniciales hasta llegar a la curva de sa-turación y leer en abcisas el valor de la temperatura resultante.

Para saber más…

En esta obra se incorpora una calculadora psicrométrica que resuelve las ecuaciones de cálculoy muestra el resultado directamente sin necesidad de uso del diagrama.


Gráfico 3.11.

Una vez localizado el estado del aire en el diagrama, para determinar la temperatura hú-meda o temperatura de bulbo húmedo, se seguirá la línea isoentálpica paralela que pasepor el punto hasta llegar a la saturación (HR=100%), donde se podrá leer la temperaturacorrespondiente a la temperatura de bulbo húmedo o también temperatura de satura-ción adiabática o interpolar entre las líneas más cercanas.

La temperatura del bulbo húmedo es un parámetro indicativo del contenido dehumedad del aire. Cuanto menor sea dicha humedad, mayor será el flujo de aguadesde la gasa al aire y menor la temperatura del bulbo húmedo.


Temp. de saturación adiabática

Para ayudar en la comprensión del concepto, se va a considerar el proceso que figura almargen.

Gráfico 3.13.

Se considera un humidificador adiabático aquél en el que se produce un contacto directodel aire no saturado con agua líquida.

El agua pulverizada tiende a evaporarse, intentando saturar el aire. En una primera fase,el calor latente de evaporación del agua proviene de la misma agua, produciéndose undescenso de su temperatura. En una segunda fase, la fuente de calor para evaporar el airees doble: del aire y de la misma agua. Finalmente, todo el calor necesario para evaporarel agua proviene del aire.

El resultado final del proceso es que el agua líquida se ha evaporado y el aire se ha satu-rado adiabáticamente de vapor de agua a la salida de la cámara, abandonándola a unatemperatura T2 inferior a la que entró T1.

La temperatura de saturación adiabática es la temperatura a la cual el agua líquida,por evaporación en el aire, lo satura adiabáticamente a la misma temperatura delagua.


Éste es un proceso de enfriamiento del aire conocido como refrigeración evaporativa yla temperatura a la que el aire sale de la cámara se denomina temperatura de saturaciónadiabática.

Temp. de saturación adiabática

Para el cálculo de la temperatura de salida T2 del humidificador adiabático, es necesariorealizar un balance másico y un balance entálpico (que se desarrolla en el apartado delhumidificador adiabático).

Resumiendo, después del balance se llega a un sistema de ecuaciones con dos incógnitas(T2 y W2) que se resolverá mediante iteraciones.

Para saber más…

Para facilitar el cálculo, la calculadora psicrométrica que se presenta en esta obra permite calcu-lar la temperatura de saturación adiabática.

La resolución de la temperatura de bulbo húmedo es laboriosa, comparada con la reso-lución mediante el diagrama psicrométrico, sobre el que basta encontrar la línea isoen-tálpica correspondiente a las condiciones iniciales del aire y cortar con la curva desaturación para leer en abcisas el valor de la temperatura resultante.

A pesar de tratarse de procesos distintos, se ha constatado experimentalmente que existemuy poca diferencia entre la temperatura de bulbo húmedo y la temperatura de satura-ción adiabática en los procesos de acondicionamiento de aire.

Para cualquier estado de aire húmedo, existe una única temperatura de pulveriza-ción del agua en dicho aire T, a la cual el agua se evapora en el aire para llevarlo asaturación, sin variar la temperatura del agua líquida. Durante este proceso de sa-turación adiabática (a presión constante), el aire saturado obtenido alcanza la mis-ma temperatura final que la temperatura de pulverización del agua.


2. Transformaciones básicas

2.1. Cambio de calor sensible

Puede haber dos posibles procesos:

Gráfico 3.14.

Gráfico 3.15.


2.2. Cambio de calor latente

Puede haber dos posibles procesos:

Gráfico 3.16.

Gráfico 3.17.

2.3. Cambio de calor sensible y latente

Puede haber cuatro posibles casos:



2.4. Mezcla de corrientes de aire

Se trata de determinar las condiciones finales de temperatura (T3) y humedad absoluta(W3) cuando se mezclan dos corrientes de aire.

Gráfico 3.19.

Para poder determinar las condiciones finales de la mezcla de corrientes de aire, se deberealizar un balance másico y un balance entálpico.

Balance másico

Donde:

m1,m2,m3 caudal másico del aire en kg aire seco/s W1, W2, W3 humedad absoluta en kg agua/kg aire seco

Balance entálpico


Recordando la definición de la entalpía específica del aire húmedo:

Despreciando Cpv frente a 0 como simplificación habitual, sustituyendo y operando sellega a:

Donde:

m1,m2,m3 caudal másico del aire en kg aire seco/s T1, T2, T3 temperatura seca en ºC

Gráfico 3.20.

Este proceso tiene como característica que el punto de salida de la mezcla se en-cuentra en un punto intermedio de una recta que une las condiciones del aire enel estado 1 y 2.


Combinando las 3 ecuaciones (balance másico del aire seco, balance másico del agua ybalance entálpico), se puede demostrar matemáticamente que los tres puntos están ali-neados (no va a desarrollarse en esta obra).

Como combinación de las tres ecuaciones se llega a:

3. Equipos

3.1. Batería de refrigeración

La batería de refrigeración es un intercambiador de calor tipo tubos con aletas (flujo cru-zado), que permite la transferencia de calor entre el aire (aletas) y un fluido (tubos).

Gráfico 3.21. Gráfico 3.22.

En una batería, el refrigerante pasa por el interior de un haz de tubos aleteados situadosen el interior de una corriente de aire. Si el refrigerante está por encima de la temperaturade rocío del aire, no se produce condensación, el proceso que se produce es sólo de en-friamiento sensible y el aire permanece con un contenido de humedad absoluta constan-te. En cambio, si el refrigerante está por debajo del punto de rocío del aire, se produce ladeshumectación, caso más común en el acondicionamiento de aire.

El camino del enfriamiento desde el punto 1 al 2 no se puede predecir fácilmente, ya quelos intercambios de calor sensible y latente que se producen implican una condensacióndel agua. No tiene mucha importancia, en la climatización, el camino que sigue el aire


desde el punto 1 hacia el 2, puesto que sólo es necesario considerar las condiciones fina-les a menos que lo que se desea sea diseñar el propio haz de tubos.

Aunque no se va a detallar más el análisis, podemos ver en el margen cuál es el procesoteórico y real que sufre el aire en una batería de refrigeración cuando se enfría.

Gráfico 3.24.

Gráfico 3.25.

En el caso de una batería de refrigeración real, el aire no sale al punto de saturación, sinoque, según el diseño de la batería, saldrá aproximadamente con una HR90-95%.


Para saber más…

El principio de funcionamiento de la batería y sus cálculos analíticos en formato más exhaustivopueden ser consultados en la bibliografía recomendada.

3.1.1. Balance energético

Tal y como ya se ha visto, en una batería de refrigeración se sufre un proceso de enfria-miento sensible y uno latente. Después de realizar los balances de energía, la potenciafrigorífica de una batería de frío se expresa como:

Potencia frigorífica = Potencia sensible (Qs) + Potencia latente (Ql)

Donde:

Cpa calor específico del aire seco = 1,006 kJ/kg aire secoT temperatura en ºC ma caudal másico del aire en kg aire seco/sW humedad absoluta en kg agua/kg aire secol0 calor de vaporización del agua a 0 ºC = 2501 kJ/kg aire seco

3.2. Humidificador adiabático

El proceso es en esencia el que ya se ha descrito en el concepto de temperatura de satu-ración adiabática, pero referido a un equipo con unas características constructivas y ope-rativas ligeramente diferentes, ya que se trata de humidificadores reales:

El proceso adiabático de contacto directo agua-aire se realiza en un equipo aislado térmi-camente, con una entrada de aire no saturado (punto 1) y salida de aire saturado (si esun humidificador ideal) o no saturado (si es un humidificador real).

Equipo donde se produce el enfriamiento y la humidificación del aire, por un procesode contacto directo entre el aire y el agua en forma de gotas de pequeño tamaño.


El equipo incorpora una reserva de agua líquida en el fondo del mismo, desde donde espulverizada en el aire en forma de gotas.

Gráfico 3.26.

Para no extendernos demasiado en el tema, vamos a considerar el humidificador real conlas siguientes hipótesis de cálculo:

Gran superficie de contacto aire-agua.

Tiempo limitado de contacto directo aire-gotas de agua (tiempo de residencia en el hu-midificador limitado).

Aire de salida del equipo no saturado (HR=85-95% aproximadamente con T2<WB).

Sin equilibrio térmico aire-agua, es decir, TwT2.

3.2.1. Balances

A) Balance másico

Aire seco


Agua

La masa de agua evaporada o masa de reposición en el tanque es:

B) Balance entálpico

Entrada = Salida

Sustituyendo la ecuación del balance másico obtenida anteriormente, queda la siguienteexpresión:

Ésta es la expresión básica de cálculo del proceso de saturación adiabática del aire, su re-solución permitirá obtener la temperatura en el punto de salida del equipo T2.

Si aplicamos la aproximación al balance entálpico anterior de despreciar,

queda simplificada la expresión básica de la siguiente manera:

h1 = h2

Las condiciones del punto 1 son calculables, ya que se conocen las temperaturas y hu-medades del aire. Aplicando la definición de entalpía a la ecuación básica,

Por lo cual, se dice tal y como ya se ha apuntado, que el proceso que se desarrollaen el humidificador adiabático es isoentálpico.


queda un sistema de ecuaciones con dos incógnitas (T2 y W2), que se resolverá medianteuna iteración.

Para facilitar el cálculo, la calculadora psicrométrica que se presenta en esta obra permitecalcular la temperatura de saturación adiabática tanto de un humidificador real comoideal.

Gráfico 3.27.

3.3. Humidificador de vapor

El humidificador de vapor es un equipo donde se produce la humidificación delaire por un proceso de contacto directo entre el aire y el vapor de agua.


El proceso es diferente del que ocurre en un humidificador adiabático (en el que habíaaporte de agua líquida). Es la forma más higiénica de añadir humedad al aire y consiste eninyectar vapor de agua a temperatura superior a 100 ºC, temperatura a la cual los microor-ganismos del agua se vuelven inactivos y se evita la contaminación bacteriana del aire.

En el caso de que el equipo sea real, el aire de salida del equipo puede ser no saturado(HR=85-95% aproximadamente).

El humidificador de vapor puede tratarse como una mezcla de dos gases: aire no saturadoy vapor de agua.

3.3.1. Balances

A) Balance másico:

Aire seco

Agua

La masa de agua evaporada o masa de reposición en el tanque es:

B) Balance entálpico:

Entrada = Salida

Sustituyendo la ecuación del balance másico obtenida anteriormente, queda la siguienteexpresión:


Ésta es la expresión básica de cálculo del proceso de saturación adiabática del aire, su re-solución permitirá obtener la temperatura en el punto de salida del equipo T2 y W2.

El resultado obtenido de la resolución del sistema de ecuaciones supone que la tempera-tura del aire de salida varía muy poco respecto la temperatura del aire de entrada(T2T1). Aunque si para su resolución se utiliza la calculadora psicrométrica o bien se re-suelve el sistema de ecuaciones, puede llegarse a determinar el pequeño incremento detemperatura que sufre.

Las condiciones del punto 1 son calculables, ya que se conocen las temperaturas y hu-medades del aire. Aplicando la definición de entalpía y entalpía del vapor de agua a laecuación básica:

Donde:

TW = temperatura del vapor de agua inyectado en ºC.

Queda un sistema de ecuaciones con dos incógnitas (T2 y W2), que se resolverá median-te una iteración.

Para facilitar el cálculo, la calculadora psicrométrica que se presenta en esta obra permitecalcular la temperatura T2 tanto de un humidificador de vapor real como ideal.

Con lo cual tenemos que el humidificador de vapor actúa como un humidifi-cador isotérmico.


3.4. Torre de refrigeración

Una torre de enfriamiento es en esencia un intercambiador térmico de mezcla de corrien-tes, por un lado la del fluido caliente, agua, y de otro la del fluido frío, aire. La transfe-rencia no se limita a calor sensible, sino que interviene también en forma latente, ya queparte del agua se evapora, y se adiciona a la corriente de aire. Esta evaporación es, juntoal intercambio sensible debido a la diferencia de temperaturas entre agua y aire, la res-ponsable del descenso de temperatura en el resto del agua.

Gráfico 3.28.

El funcionamiento de esta torre es de tipo inducido, en la que el aire es forzado a pasar a través del equipo por medio de un agente externo, ventilador, situado en la salida del aire húmedo.

3.4.1. Temperatura del agua a la salida de la torre (Tw2)

Equipo que funciona como intercambiador de calor de contacto directo aire –agua, cuya función básica es el enfriamiento evaporativo del agua, mediante unproceso de saturación adiabática del aire. Su misión es la de enfriar agua.

Idealmente (pero no en torres reales), el aire de entrada y el agua de salida de latorre se hallan en equilibrio de saturación adiabática.


Por lo tanto:

El proceso ideal de transferencia máximo de calor y masa máximo entre el aire y el aguacorrespondería a la situación en que:

3.4.2. Temperatura del aire a la salida de la torre (T2)

En las torres de refrigeración reales, el aire sale entre

ya que no llega a alcanzar la saturación. Así pues, se podrá conocer cuál es la entalpíaespecífica del punto 2, y se sabrá también que las condiciones de T2 y W2 estarán sobrela recta isoentálpica aunque su determinación no será calculable por balances.

3.4.3. Balance energético aproximado de la torre de refrigeración

Hipótesis

Para desarrollar el balance energético, vamos a realizar una hipótesis de relación del cau-dal de agua a enfriar con el caudal de aire que utiliza la torre. Actualmente, las torres quehay en el mercado tienen la relación entre masas indicada en las tablas que aparecen enel margen.

Habitualmente, en torres de refrigeración reales, la temperatura de salida del aguaestá a unos 3-5 ºC por encima de la temperatura de bulbo húmedo.


a) Relación de masa de aire – masa de agua 1

Relación para una torre con un caudal de agua de 90 m3/h que es capaz de enfriar elagua 5 ºC.

Tabla 3.1.

Con un Tagua = 5 ºC

mw = 90 kg/h

b) Relación de masa de aire – masa de agua 2

Relación para una torre con un caudal de agua de 50 m3/h, que es capaz de enfriar elagua 5 ºC.

Tabla 3.2.

Con un Tagua = 5ºC

mw = 50 kg/h


c) La relación entre la masa de agua (kg/s) y la masa de aire (kg/s)

Tiene un factor de 0,6 aproximadamente, aunque si se desea utilizar los datos de las to-rres anteriores, puede utilizarse la relación particular.

En el caso de la torre de refrigeración, mw es el caudal másico de agua que pasa por latorre y no el caudal másico del vapor de agua contenido en el aire tal y como pasa en losotros ejercicios, aquí es por coincidencia de la expresión de la variable.

En el caso de la torre de refrigeración, mw es el caudal másico de agua que pasa por la torre y noel caudal másico del vapor de agua contenido en el aire tal y como pasa en los otros ejercicios,aquí es por coincidencia de la expresión de la variable.

Caudal másico del aire = 0,6 · Caudal másico del agua

Balance entálpico

Entalpía entrada torre = Entalpía salida torre

Aplicando la simplificación gracias a la hipótesis de los caudales másicos queda:

Si la relación es la indicada en la hipótesis:

Donde:

Cpw= 4,184 kJ/kg K Tw= temperatura del agua


Así pues, una vez sea determinada la entalpía específica de salida del aire, debe resolverseel siguiente sistema de ecuaciones mediante iteraciones, bien utilizar la calculadora psi-crométrica para llegar a la solución o bien usar el diagrama psicrométrico.

Para facilitar el cálculo, la calculadora psicrométrica que se presenta en esta obra permitecalcular la temperatura y la humedad absoluta a la salida de la torre, tanto si se trata deuna torre real (HR2100%) como ideal (HR2=100%).

Balance energético global

Calor sensible perdido por el agua = Calor sensible cedido al aire + Calor latente de eva-poración del agua

En la torre de refrigeración, el enfriamiento del agua (Qw) se consigue mayorita-riamente por un proceso evaporativo (Qev).


Editorial UOC 105 Cálculo de cargas

Capítulo IV. Cálculo de cargas

1. Conceptos básicos

1.1. Elementos a considerar

1.1.1. ¿Qué es el cálculo de cargas?

Hay dos métodos, en bibliografía, que describen cómo realizar el cálculo de cargas ana-líticamente, método Carrier y método ASHRAE.

Carrier

Método desarrollado por el fabricante de equipos.

AHRAE

Método desarrollado por la asociación americana de ingenieros de refrigeración, calefacción yacondicionamiento de aire "American Society of Heating, Refrigeration and Air-ConditioningEngineers".

El principio fundamental de cálculo de los dos métodos es el mismo. Por esto, en estaobra se seguirá el modelo que dé mayor entendimiento de los conceptos de principio,aplicándose el modelo de mayor simplicidad y precisión en el cálculo.

Los modelos de cálculo de cargas que se encuentran en otros libros y manuales son endefinitiva una reproducción de uno de los dos métodos.

1.1.2. Factores que intervienen

Un cálculo de carga es de por sí un cálculo complicado, con numerosas variables que in-tervienen en el proceso. Algunas de ellas se han tabulado en tablas y gráficos, fruto de

Es la cantidad de energía que en forma de calor o frío hay que suministrar a unlocal, mediante un sistema de calefacción o refrigeración, para mantener las con-diciones térmicas de diseño (temperatura y humedad).


experimentos en laboratorios, en diversos manuales como el Carrier y ASHRAE y en nor-mativas como la RITE y las UNE, para facilitar el cálculo.

Los factores que intervienen en el cálculo de cargas de un sistema de climatizaciónson:

En definitiva, para la determinación de las cargas de refrigeración intervienen paráme-tros que se pueden agrupar en:

1.1.3. Balance térmico

Desde el punto de vista térmico, un local habitable constituye un espacio diabático, es decir,pierde o gana calor a través de sus cerramientos, y, desde un punto de vista volumétrico, noconstituye un sistema estanco, sino que hay intercambio de aire entre el interior y el exterior.

Cuando la temperatura exterior e interior es diferente, a través de los cerramientos deledificio se establece un flujo de energía por conducción, convección y radiación desde yhacia el exterior. Este flujo viene agrandado/reducido por los aportes interiores y añadidoa los derivados de la ventilación.

Las ganancias de calor en un local, que entran o que se generan, se presentan en formade calor sensible (variación de la temperatura) y/o en forma de calor latente (variaciónde humedad).


Ganancias exteriores a través de muros y ventanas

Por convección y conducción

Por radiación solar

Ganancias interiores del edificio

Iluminación

Ocupación

Equipos

Ganancias por ventilación e infiltraciones


1.1.4. La carga de refrigeración

La carga de refrigeración es el flujo de calor que hay que evacuar del local para mantenerla temperatura y la humedad en los valores de diseño elegidos para el cálculo. La diferen-cia entre la ganancia de calor y la carga de refrigeración se debe al almacenamiento decalor que se produce sobre las superficies de los cuerpos. Este efecto tiene una importan-cia especial en el caso de las ganancias por radiación, y es particularmente importantepara evaluar correctamente la carga debida a la radiación solar, ya que parte de ella esabsorbida por los materiales y no constituye una carga instantánea.

Ejemplo

Por ejemplo, en la ciudad de Barcelona, el cálculo de la carga térmica instantánea de refrigeraciónsuele darse en los meses de julio y agosto a las 15 h.

Tradicionalmente, se calcula la carga térmica instantánea de refrigeración, es decir, la car-ga térmica a una hora determinada y en un mes determinado, generalmente en las con-diciones globales más desfavorables.

1.1.5. El sistema de climatización

El sistema de climatización debe permitir un balance de entradas y salidas de energía paramantener unas determinadas condiciones interiores de confort.

1.1.6. Parámetros para el cálculo de cargas

Tal y como ya se ha indicado, el cálculo de cargas es complejo, en el sentido de que intervie-nen cantidad de parámetros que, de querer parametrizarlos y analizarlos individualmentecon detalle, resultaría imposible llegar a realizar el cálculo, por esta razón, la resolución delcálculo forma parte de un conjunto de modelizaciones y tablas que facilitan la tarea.

A continuación, se detallan algunos parámetros que forman parte del cálculo de cargas:

1. Orientación del edificio (radiación solar y viento), edificios próximos (sombra),superficies reflectantes.

2. Dimensiones físicas de los cerramientos.

3. Materiales de construcción.4. Alumbrado.5. Motores y accesorios de trabajo que consumen energía.



6. Ventilación. Renovación higiénica del aire.7. Ventanas y puertas. Infiltraciones.8. Actividad desarrollada y ocupación prevista.9. Otras características del edificio (color, espacios no ventilados, espacios no

climatizados).10.Aberturas interiores (escaleras, ascensores, etc.).11.Funcionamiento (diurno, continuo, puntual).12.Normativa específica (normas UNE, NBE-CT-79, NBE-CA-88 y RITE).

1.1.7. Parámetros de diseño

Para calcular la carga térmica de refrigeración, es necesario determinar las condiciones dediseño del local que se desea refrigerar. Éstas se clasifican en:

1. Condiciones exteriores de diseño2. Condiciones interiores de diseño

1.2. Transmisión por cerramientos “k”

1.2.1. La transmisión de calor en elementos constructivos

Para cualquier tipo de cerramiento, los mecanismos de transmisión de calor vistos ante-riormente se darán al mismo tiempo y nos encontraremos con un proceso como el mos-trado en la figura al margen.

En primer lugar, la transmisión de calor por convección guiada por la diferencia de tem-peraturas entre el aire exterior y la pared exterior, después, la transmisión de calor porconducción guiada por la diferencia de temperaturas entre la pared exterior y la paredinterior y, por último, la transmisión de calor por convección guiada por la diferencia detemperaturas entre la pared exterior y el ambiente (o aire) interior.

Ahora, ¿cómo cuantificamos la resistencia que ofrece el cerramiento al paso del calor?Veámoslo seguidamente.

La resistencia térmica total de una pared simple (esto es, de un solo material construtivo)de espesor "e" y la conductividad térmica l, como la de la figura valdrá:



Donde las resistencias térmicas por convección fuera y dentro pueden definirse como:

Siendo he y hi los coeficientes superficiales de transmisión de calor por convección (enkcal/h·m2·ºC o W/m2·ºC), que expresan la transmisión de calor por unidad de superficieen contacto con aire u otro fluido. Los valores de estas resistencias térmicas superficialesvienen dadas por la tabla adjunta en función del sentido de flujo de calor.

Tabla 4.1.

Resistencia térmica superficial del aire (convección, R=1/h) en m2 h ºC/kcal (m2 ºC/W).

Y la conductancia será su inversa:

Por lo tanto, la resistencia térmica total puede expresarse como:


Que nos expresará el flujo de calor por unidad de superficie y de tiempo y por grado dediferencia de temperatura entre los dos ambientes.

En el caso de que, como muestra la figura al margen, tengamos un cerramiento en paredformada por capas de diferentes materiales constructivos, la resistencia térmica total serála suma de las resistencias térmicas parciales de cada capa:

Y la conductancia (o coeficiente de transmisión térmica global) será:

Los diferentes valores de la conductividad térmica para algunos de los materiales cons-tructivos más utilizados se pueden encontrar en la siguiente tabla.



Tabla 4.2.


Conductividades térmicas de materiales utilizados en cerramientos.

Cuando se trate de evaluar la conductancia de todo un edificio o habitáculo, los cálculosque hemos visto anteriormente se deberán extender no sólo a las paredes, sino tambiéna puertas, cristales, techos y suelos. Además, en ocasiones no será tan sencillo como apli-car las ecuaciones anteriores, sino que tendremos que aplicar las expresiones específicasque la norma nos proporciona.

Las expresiones anteriores serían aplicables tanto a un cerramiento simple como a unocompuesto, pero podemos encontrarnos con casos específicos, que estudiaremos a con-tinuación.


1.2.2. Cerramiento con cámara de aire

Las cámaras de aire que podemos encontrar como aislante del cerramiento se tienen queconsiderar a efectos de la transferencia de calor, ya que también ofrecen una resistenciaque hay que evaluar.

• Cámaras de aire no ventiladas

• Cámaras de aire ventiladas

Cámaras de aire no ventiladas

Si el aire está en reposo, la tabla siguiente nos proporciona los valores de la resistenciatérmica que ofrecen en función del grosor de la cámara.

Tabla 4.3.

Resistencia térmica del aire en reposo para cámaras continuas (conducción, R = e/l)en m2 h ºC/kcal (m2 ºC/W).

Cerramiento con cámara de aire. Cámaras de aire ventiladas

Tenemos tres casos:

1. Cámaras de aire débilmente ventiladas

Condiciones:

S/L < 20 cm2/m para cerramientos verticales y S/A < 3 cm2/m2 para cerramientos hori-zontales.

El grado de ventilación de las cámaras de aire se caracteriza por la relación entrela sección total de los orificios de ventilación S (en centímetros cuadrados) y lalongitud del cerramiento L (en metros) para cerramientos verticales, o la superficiedel cerramiento A (en metros cuadrados) en el caso de cerramientos horizontales.


Expresión de cálculo:

Donde Ri es la resistencia de la capa interior del cerramiento, Rc es la resistencia térmicade la cámara de aire calculada según el apartado anterior, y Re es la resistencia de la capaexterior del cerramiento.

2. Cámaras de aire medianamente ventiladas

Condiciones:

20 cm2/m < S/L < 500 cm2/m para cerramientos verticales y 3 cm2/m2 < S/A < 30 cm2/m2 para cerramientos horizontales.


Donde K1 es la conductancia calculada mediante la fórmula del caso "Cámaras de airemedianamente ventiladas", K2 es la conductancia calculada con la primera fórmula delcaso "Cámaras de aire muy ventiladas", y a es el coeficiente de ventilación de la cámara,que adopta el valor 0,4 para cerramientos horizontales y los de la tabla siguiente para ce-rramientos verticales.

Tabla 4.4.

Valores de a para cámaras de aire medianamente ventiladas.

3. Cámaras de aire muy ventiladas

Condiciones:

S/L 500 cm2/m para cerramientos verticales y S/A 30 cm2/m2 para cerramientos horizontales.

En este caso, se considera inexistente la capa exterior y el aire exterior se considera en calma.



Donde:

Para cerramientos verticales:

Para cerramientos horizontales con flujo ascendente (techos):

Para cerramientos horizontales con flujo descendente (suelos):

1.2.3. Cerramientos de grosor variable

Cerramientos con cámara de aire de grosor variable

Se considera el grosor medio de las capas de grosor variable aplicando las fórmulaspara cerramiento simple y compuesto indicadas anteriormente.

Los espacios, como por ejemplo los desvanes, caracterizan su ventilación por la rela-ción entre la sección total de los orificios de ventilación S (en centímetros cuadrados)y la superficie A (en metros cuadrados) del forjado que los separa del local habitable.


Como en el caso anterior, consideraremos tres casos:

1. Cámaras de aire débilmente o nada ventiladas

Condiciones:

S/A < 3 cm2/m2


Donde Kf es el coeficiente de transmisión del forjado donde se ha tomado

, S(Ke·Ae) es la suma de los productos Ke·Ae de los cerramientos

exteriores que delimitan el espacio de aire, Ke es el coeficiente de transferencia y Ae su

superficie.

2. Cámaras de aire medianamente ventiladas

Condiciones:

3 cm2/m2 < S/A < 30 cm2/m2


Donde todo es conocido excepto a, coeficiente que toma un valor de 5 (W/m2·K).

3. Cámaras de aire muy ventiladas

Condiciones:


S/L > 30 cm2/m2 para cerramientos horizontales.

Expresión de cálculo: (las mismas que para el caso anterior, cámaras de aire muy ven-tiladas).

donde

Para cerramientos verticales:

Para cerramientos horizontales con flujo ascendente (techos):

Para cerramientos horizontales con flujo descendente (suelos):


1.2.4. Cerramientos en contacto con el terreno

Cuando hablamos de soleras en contacto con el terreno, podemos seguir dos métodos decálculo:

Cálculo simplificado

Cálculo por el método de transmisión térmica lineal

Cerramientos en contacto con el terreno. Cálculo simplificado

Cerramientos en contacto con el terreno. Cálculo por el método de transmisión tér-mica lineal

En este caso no se aplica el concepto de coeficiente de transmisión de calor K a través deuna superficie, sino el concepto de coeficiente de transmisión térmica lineal k, que esigual al flujo de calor que sale del local por metro de perímetro exterior del terreno o delmuro, y se expresa en W/m·K.

Se consideran cuatro casos:

1. Soleras en contacto con el terreno

Con un máximo de 0,5 m por debajo de éste, el coeficiente k de transmisión térmica li-neal viene dado por 1,75 (W/m·K) si la solera no está aislada, y por la siguiente tabla enfunción de la resistencia térmica y el ancho del aislante, si la solera está aislada de cual-quiera de las maneras indicadas en la siguiente figura:

Consideramos la solera como un cerramiento, aunque con resistencia por convec-ción exterior nula.



2. Muros semienterrados

El coeficiente k se determina por la siguiente tabla en función del coeficiente de transmi-sión térmica del muro enterrado Km y de la profundidad de la parte enterrada. Para el cál-

culo de Km consideramos

3. Muros totalmente enterrados

El coeficiente k se obtiene de la expresión:

k = ks - kp

en la que ks y kp son los coeficientes k indicados en la tabla de "Muros semienterrados", donde:

ks es lo que se obtiene de hacer z = zskp es lo que se obtiene de hacer z = zp

zs y zp son las alturas definidas en la figura. Al entrar en la siguiente tabla, el coeficientek es siempre el coeficiente de transmisión térmica del muro enterrado comprendido en-tre las cotas zs y zp.

4. Soleras de sótanos enterradas

Las soleras se consideran enterradas cuando la diferencia de cotas entre éstas y el terrenoes superior a 0,5 m. El coeficiente k se obtiene de la tabla siguiente en función de la pro-fundidad z a la que tenemos la solera:

Coeficiente de transmisión térmica lineal k de la solera enterrada.



1.2.5. Forjados enterrados y terrazas ajardinadas

El coeficiente K viene dado por la expresión:

o

donde Rf es la resistencia interna del forjado expresada en unidades habituales y e es elgrosor del terreno por encima del forjado expresado en metros.

1.2.6. Resistencias térmicas de algunos elementos constructivos

Las edificaciones nunca están limitadas por un cerramiento normalmente homogéneo ycontinuo, longitudinal y transversalmente. Los agujeros, los elementos estructurales, losencuentros entre forjados y muros, las juntas y las uniones con mortero, los anclajes, tan-to de los paneles prefabricados como de ladrillos y bloques, etc., permiten que la super-ficie envolvente de los cerramientos a través de la cual se producen los procesos detransmisión de calor (y la difusión del vapor de agua entre los ambientes, que no vamosa tratar) presenten ciertas heterogeneidades que influyen decisivamente en las caracte-rísticas que regularán el equilibrio térmico del sistema edificio-clima exterior.

Es decir:

Siendo Ai la superficie del cerramiento al que corresponde un coeficiente de transmisiónigual a Ki.


En general, para cerramientos con heterogeneidades simples, el método de cálculodel coeficiente de transmisión térmica del medio se basa en la descomposición delmismo en elementos homogéneos, de los que se determina su K correspondiente.


1.2.7. Resistencias térmicas de muros

Cuando la complejidad del elemento constructivo sea considerable, en las tablas siguientesse ofrecen, a título orientativo, los valores útiles que se pueden utilizar en los casos de de-terminados elementos constructivos que pueden constituir a la vez cerramientos.

Coeficiente de transmisión térmica K (K 1/R donde R 1/hi + S(e/l) + 1/he) de algunos tiposde ventanas en kcal/h m2 ºC (W/m2 ºC).

Tabla 4.6.



Coeficiente de transmisión térmica K (K 1/R donde R 1/hi + S(e/l) + 1/he por separacióncon exterior y R 1/hi + S(e/l) + 1/hi por separación con local no calentado) de algunaspuertas en kcal/h m2 ºC (W/m2 ºC).

Tabla 4.7.

Hay que tener en cuenta que en el artículo quinto de la NBE-CT-79 se estipulan losvalores máximos que pueden tomar los coeficientes útiles de transmisión térmica. És-tos se muestran en la siguiente tabla [colocar aquí imagen icona_cd.tif y en el pie depágina poner la frase: “Recurso interactivo disponible en el Cd adjunto”] en funcióndel tipo de cerramiento y de la zona climática donde esté ubicado el edificio, segúnel mapa 2 de zonificación climática visto en la tabla para temperaturas medias míni-mas del mes de enero.

Resistencias térmicas de forjados



1.2.8. Coeficiente de transmisión global (kG) de un edificio

La normativa básica de edificación española (NBE) referente a las condiciones térmicasen los edificios (NBE-CT-79) define en su anexo tercero, apartado 3.6, una variable detransmisión global del edificio que nos permite evaluar el nivel de aislamiento que esta-mos alcanzando con los tipos constructivos que estamos utilizando.

Esta variable recibe el nombre de coeficiente de transmisión global de un edificio (KG)y no es más que:

El coeficiente KG limita las pérdidas de calor de un edificio en la situación de invierno, yademás, las ganancias de calor en la situación de verano quedan limitadas en cierta ma-nera. La expresión de cálculo del citado coeficiente es la siguiente:

Donde los subíndices e, n, q y s hacen referencia, respectivamente, a los coeficientes K ysuperficies S de cerramientos en contacto con el ambiente exterior, cerramientos conotros edificios o locales no calentados, cerramientos de techo o cubierta y cerramientosde separación con el terreno o soleras.

El coeficiente de transmisión térmica global KG de un edificio no será superior a los va-lores señalados en la siguiente tabla [colocar aquí imagen icona_cd.tif y en el pie de pá-gina poner la frase: “Recurso interactivo disponible en el Cd adjunto”], dados en funciónde los siguientes elementos:

El factor de forma f. Relación existente entre la suma de las superficies de los elementosde separación del edificio y el volumen cerrado por las mismas.

la media ponderada de los coeficientes de transmisión K de los cerramientos querodean el edificio o lo "cierran" al exterior.


La zona climática donde se ubica el edificio (según el mapa 1 de zonificación climáticavisto en la tabla).

Tipo de energía utilizada en el sistema de calefacción del edificio.

En la siguiente tabla [colocar aquí imagen icona_cd.tif y en el pie de página poner la fra-se: “Recurso interactivo disponible en el Cd adjunto”]han sido incluidos los valores deKG para los valores límite del factor de forma f = 0,25 y 1,00 m-1. Para valores intermedios,el KG se calculará con la siguiente fórmula:

donde f es el factor de forma del edificio y a es un coeficiente que se obtiene de la siguien-te tabla en función del tipo de energía y zona climática.

Tabla 4.8.

El cumplimiento de los artículos cuarto y quinto de la Norma Básica de la EdificaciónNBE-Ct-79 se justifica mediante una ficha justificativa del cálculo del KG del edificio quetenemos a continuación.


Tabla 4.9.

En el ámbito autonómico, la Norma Reglamentaria de Edificación sobre Aislamiento Tér-mico (NRE.AT-87) incluye alguna variación con respecto a su homóloga estatal, y trabajacon un coeficiente relativo de transmisión térmica Tr del que se define como una unidadde ocupación. En este sentido, se parcializa algo más el cálculo, a pesar de comprobar elcomportamiento térmico de cada uno de los cerramientos por separado.


2. Métodos de cálculo

2.1. Determinación de los parámetros de diseño

Para calcular la carga térmica de refrigeración, es preciso determinar lo que se denomi-nan condiciones de proyecto y que dependen del lugar donde radica el local.

2.1.1. Seleccionar las condiciones exteriores de diseño

Para determinar las condiciones exteriores de diseño del proyecto, se utiliza la NormaUNE 100-014 y se determinan mediante la temperatura y la humedad para la ciudadque se necesite.

2.1.2. Procedimiento de cálculo

Para el cálculo de la temperatura exterior de diseño de refrigeración, es necesario defi-nir el mes del año y la hora. La temperatura exterior de diseño (TE) se define como:

TE = TEV + C1 + C2

Donde:

TE es la temperatura exterior de diseño corregida en ºC.

TEV es la temperatura exterior de proyecto en verano en ºC.

C1 coeficiente de corrección de temperatura seca y húmeda por mes.

C2 coeficiente de corrección de temperatura seca y húmeda por hora.

Estos coeficientes de corrección se aplican para corregir la desviación producida si no seseleccionan las condiciones de máxima rigurosidad. El C1 depende de la variación térmi-ca anual (VTA) y del mes del año (MA). Mientras que el coeficiente C2 depende de la va-riación térmica diaria (VTD) y de la hora solar (HS).



Se puede observar cómo las dos tablas contienen valores negativos o cero y cuando seutilizan los meses de julio y agosto a las 15 h, la corrección en la ecuación es nula; encambio, para los otros valores lo único que hace es suavizar la temperatura exterior.

2.1.3. Seleccionar las condiciones interiores de diseño

Las condiciones interiores de confort han sido estudiadas en función de la temperaturaseca, la temperatura húmeda, la temperatura de las superficies radiantes, la velocidad delaire, la vestimenta y la actividad de los ocupantes del local, y de la propia persona (haypersonas más sensibles al frío que otras). Como viene siendo habitual, hay una gran can-tidad de parámetros que afectan. Analizándolos, se puede encontrar las zonas de confortsegún la normativa del RITE – IT 02, pero, a continuación, se adjunta una tabla más ela-borada que incluye las temperaturas (TI) y humedades (HR) en condiciones de lujo y es-tándar, según el tipo de aplicación.

Condiciones interiores de diseño

Esta tabla indica la temperatura y la humedad relativa para las condiciones de diseño deproyecto, tanto para verano como invierno, pudiendo definir si las condiciones van a serde lujo o bien estándar.

Tabla 4.10.

2.2. Cargas Internas por ocupación

En este apartado se expone el procedimiento para calcular la carga térmica debido a laocupación en el interior del local que se desea climatizar.



Como cualquier otro cuerpo, en este intercambio de calor intervienen los mecanismosde convección y radiación.

Gráfico 4.1.

El cuerpo humano emite calor en forma de calor sensible y calor latente. El calor sensiblese emite por radiación (70%) y por convección (30%) aproximadamente. El calor latentese emite en forma vapor de agua por evaporación del cuerpo y por respiración debido anuestra actividad vital en respirar y según la actividad física que desarrollamos por eva-poración del sudor sobre la piel y difusión de vapor directamente a través de la piel (Pue-de despreciarse el calor por conducción).

Debido al fenómeno de la evaporación, la piel del cuerpo humano está siempre máso menos húmeda debido a la transpiración, y parte de esta humedad se evapora, paralo cual, roba calor de la propia piel. En las zonas protegidas de la piel por la vestimen-ta, el aire en contacto por la piel estará más saturado de humedad que el aire ambien-te y la temperatura de la piel será superior a la de las zonas desnudas. Esto hace quela tasa de evaporación sea menor en las zonas protegidas que en las zonas desnudas.Las superficies interiores del cuerpo, pulmones y conductos respiratorios tambiénintercambian calor por evaporación. De manera que el calor evacuado por el cuerpodependerá de: temperatura y humedad relativa del aire ambiente, velocidad del airey vestimenta utilizada.

Desde el punto de vista del bienestar térmico, puede considerarse el cuerpo huma-no como un generador que, a través de su superficie, intercambia calor con el en-torno que lo rodea para, de esta manera, mantener la temperatura corporal a unnivel óptimo.


El calor metabólico se mide en met, unidades de potencia emitida por unidad de super-ficie, y está definido de tal manera que la emisión del hombre medio sea aproximada-mente 1 met.

Ejemplo

Para un hombre de 1,8 m de altura y peso de 70 kg en reposo, la producción de calor es de 100W. Con la ecuación de Du Bois, se calcula una superficie corporal de 1,9 m2, con lo cual, el caloremitido por unidad de tiempo y unidad de superficie es de 52,6 W/m2.

Ecuación de Du Bois

Ecuación de Du Bois es una expresión en función de la masa corporal y de la estatura de la per-sona:

En la tabla siguiente se detallan algunos valores típicos del metabolismo en met segúnASHRAE Handbook Fundamentals.

Tabla 4.11.

El calor sensible disipado en al entorno viene dado por la suma del calor disipado porconvección y por radiación. Puesto que normalmente parte del cuerpo está vestida y par-te desnuda, la superficie de la piel desnuda no estará a la misma temperatura que la su-perficie vestida, también serán distintas sus emisiones respectivas, factores de forma, etc.El aislamiento térmico del vestido se mide en clo (1 clo = 0,155 m2 ºC/W). Éste es un pa-rámetro que afecta a la determinación de las condiciones de confort.


Procedimiento de cálculo

La determinación de la carga aportada por ocupación es compleja, en el sentido que in-tervienen cantidad de parámetros que, de querer parametrizarlos y analizarlos indivi-dualmente con detalle, resultaría imposible llegar a realizar el cálculo, por esta razón, laresolución del cálculo forma parte de un conjunto de modelizaciones y tablas que, te-niendo en cuenta el calor metabólico según la actividad y el tipo de vestimenta, deter-minan el calor aportado.

Qocupación = Npersonas x ocupación x (Qsensible + latente)

Npersonas número total de personas que ocupan el local o sala.

Para poder calcular la carga por ocupación, es necesario determinar el número de personas que hayque contabilizar que aportarán la carga térmica. Si el proyecto no especifica la ocupación del es-pacio que hay que refrigerar, para estimar la capacidad se puede utilizar esta tabla:

Tabla 4.12.

Así pues, se puede observar cómo la aportación de calor debido a la ocupación es unaspecto que hay que considerar en el cálculo de cargas, ya que usualmente, y sobretodo en locales masificados, supone una carga importante que hay que neutralizar.



hocupación coeficiente de simultaneidad que se aplica según el tipo de aplicación

Este coeficiente se aplica para ajustar la ocupación de un edificio o local que es variable en eltiempo. Se trata pues de tener en cuenta que la ocupación de diseño raramente será del 100%.Estos coeficientes de corrección de la ocupación se pueden extender a aplicaciones similares.

Tabla 4.13.

Qsensible + Qlatente son las ganancias internas por ocupación y actividad desarrollada

Los valores se detallan en función de la temperatura ambiente y del grado de actividad, debien-do ser ambas conocidas para asociarlas a la actividad del local que hay que refrigerar. Estos va-lores se extraen del manual Carrier y son obtenidos a partir de una definición de metabolismomedio.

La tabla siguiente agrupa las ganancias internas por ocupación en forma de calor sensible (S) y ca-lor latente (L) en W/persona, elaborada a partir de los diferentes parámetros que intervienen:

Donde:

Qocupación carga total aportada por los ocupantes en W

Npersonas número total de personas que ocupan el local o sala

hocupación coeficiente de simultaneidad, que se aplica según el tipo de aplicación

Qsensible + Qlatente son las ganancias internas por ocupación y actividad desarrollada en W/persona

La carga térmica que aporta la ocupación se calcula de la siguiente manera:

2.3. Cargas internas por iluminación de equipos

En este apartado se expone el procedimiento para calcular la carga térmica debida a lailuminación y a equipos en el interior del local que hay que climatizar.

La luz que se usa para la iluminación de un local depende de varios factores: del uso queel local tenga, de la actividad que se desarrolle, así como del tipo de iluminación que seinstale.



Se acostumbra a considerar que los elementos incandescentes transforman el 80% de laenergía eléctrica en radiación, 10% de la energía en convección y el 10% restante en for-ma de luz visible.

Gráfico 4.2.

Las lámparas fluorescentes, en cambio, emiten usualmente más calor debido a la reactan-cia. Éstas emiten un 25% de la energía eléctrica en forma de radiación, un 50% de la ener-gía en forma de convección y el 25% restante en forma de luz visible.

Gráfico 4.3.

Así pues, la iluminación y los equipos aportan una carga térmica, que en calefac-ción son favorables, pero en refrigeración no y se tienen que considerar. En localescon gran iluminación (centros comerciales, pabellones feriales, etc.) puede llegara suponer un peso de la carga de refrigeración importante.



La carga por iluminación se determina contabilizando la energía aportada.

Normalmente, se considera que el calor emitido por los equipos de iluminación es:

• Para el caso de lámparas fluorescentes:

Qiluminación = 1,25 x W x luz

• Para el caso de lámparas incandescentes:

Donde:

Qiluminación es la carga de iluminación que se aporta al ambiente interno del local quehay que enfriar en W.

W es la potencia eléctrica útil de iluminación total instalada en W.

hluz coeficiente de simultaneidad de uso de la iluminación.

En el caso de que haya equipos, se pueden desglosar sus aportaciones en calor sensible yen calor latente. Por ejemplo, en cocinas de restaurantes.

Otros equipos

Para otros equipos, en general, se necesita saber de qué tipo de aparato se trata y, a no serque su aportación sea decisiva como algunos electrodomésticos, en cafeterías o en coci-nas de restaurantes se acostumbran a omitir. Los equipos pueden aportar carga positivao negativa según el caso.

Otro tipo de aportación energética es la aportada por los motores eléctricos. Para conocercon certeza la potencia calorífica emitida por los motores eléctricos instalados, debe co-nocerse el factor de utilización de éstos, así como su potencia absorbida. Es habitualcuando se tengan motores eléctricos funcionando que se considere la potencia caloríficaque éstos aportan si están ubicados en el local que se desea climatizar.



2.4. Cargas por transmisión de calor por radiación

En este apartado se expone el procedimiento para calcular la carga térmica de la radia-ción solar por medio de las superficies acristaladas.

Los rayos solares inciden a un nivel terrestre. Se tiene en cuenta que, de la radiación quenos llega, una parte es absorbida por la atmósfera, otra parte es reflejada por el suelo, porlas partículas de vapor de agua, de ozono o de polvo atmosférico en forma de radiacióndifusa, y otra parte es absorbida por las partículas atmosféricas.

La irradiación solar que pasa a través del vidrio se calcula en función de la posición geo-gráfica (latitud), de la hora solar, del mes del año y de la orientación solar del vidrio (mis-ma orientación que la del cerramiento donde éste se ubica).

La radiación solar directa produce aportación de calor sólo si los rayos solares impactandirectamente al vidrio, mientras que la radiación difusa actúa aun cuando los rayos noimpactan sobre el vidrio.

Para poder realizar el cálculo, se han modelizado unos valores que comprenden tanto laradiación directa y difusa, como el porcentaje de calor absorbido por el cristal y transmi-tido al local. Los manuales de refrigeración resumen los parámetros de la tabla de apor-taciones solares a través de cristal sencillo, elaborada con las siguientes hipótesis:

• Atmósfera limpia

• Cristal limpio

• Altitud 0 metros

• Para marcos de madera, el 15% de la superficie de hueco de pared representa el marco,mientras que en marcos de aluminio se considera el 100% de área del hueco de pared.

La influencia solar en el edificio es variable en las horas, depende de la orientacióndel edificio y la posición solar según el mes; de modo que las superficies acristala-das reciben la energía solar y la transmiten por radiación al interior de los localessuponiendo una carga energética muy importante, sobre todo si las aberturas a lasfachadas sur y oeste son grandes.


Ejemplo

Un ejemplo de gran carga térmica por radiación son algunos edificios de oficinas y hoteles conuna gran superficie acristalada.


La determinación de la carga aportada por radiación es compleja, en el sentido de queintervienen en el proceso cantidad de parámetros que, de querer parametrizarlos y ana-lizarlos individualmente con detalle, resultaría imposible llegar a realizar el cálculo, poresta razón, la resolución del cálculo forma parte de un conjunto de modelizaciones y ta-blas que, teniendo en cuenta las hipótesis de cálculo, determinan el calor aportado.

La carga por radiación solar se calcula como:

Qradiación = Sabertura x GCScorregida

GCS ganancia calorífica solar

Donde:

Qradiación carga de transmisión de calor por radiación solar en WSabertura superficie de la abertura en m2

GCScorregida ganancia calorífica solar corregida en W/m2

La radiación solar máxima (W/m2 útil de abertura), a través de vidrio sencillo a 40º la-titud norte:

Tabla 4.14.

Las aportaciones solares en (W/m2 útil de abertura) a través del vidrio sencillo a 40º nortede latitud para las diferentes horas solares son las siguientes:



Tabla 4.15.


Para el cálculo de cargas de un local, debe aplicarse la ecuación de radiación a cada unode los cristales, claraboyas, etc. con sus correspondientes ganancias de calor calculadas.

Para poder aplicar los valores de la tabla (GCS) a las condiciones del proyecto que se vaa estudiar, se tiene que corregir la radiación obteniéndose la ganancia calorífica solarcorregida (GCScorregida):

• Se aplica un factor de corrección atmosférico a la radiación de la tabla. Éste es 1 paraatmósferas limpias y soleadas. Es de 0,9 si consideramos que la atmósfera está un pococontaminada y 0,8 para atmósferas contaminadas o muy nubosas.

• Para la corrección por altitud, se aplica un 0,7% más de irradiación por cada 300 mde altitud sobre el nivel del mar.

• Para la corrección por marco metálico o ningún marco, se aplica un factor del 1/85%=1,17.

• La corrección por defecto de limpieza puede llegar a corregir la irradiación solar enun 15%, no obstante, es una corrección difícil y en la práctica casi nunca se utiliza.

Tabla 4.16. Atenuantes de la radiación incidente.

Puede darse el caso de tener que calcular las ganancias de calor en situaciones diferentesa las expuestas en la tabla de GCS y donde elementos como las persianas, venecianas ycortinas exteriores atenúan la radiación incidente. Su objetivo es aplicar los atenuantespara reducir la radiación solar (GCS).


2.5. Cargas por transmisión de calor por conducción y convección

En este apartado se expone el procedimiento para calcular la carga térmica debido a latransmisión de calor por conducción y convección a través de paredes, techos y cristales.

Para el cálculo de la carga se debe de tener en cuenta que está relacionada con la radia-ción que absorben los elementos externos y por la diferencia de condiciones entre el in-terior y el exterior.

El hecho que la radiación solar sea un proceso variable, hace que sea un procedimientodifícilmente resoluble empíricamente, habiéndose de realizar una aproximación, que esel método de las diferencias de temperatura equivalentes (DTE). Este método consiste en con-siderar unas diferencias de temperatura, entre el aire exterior y el aire interior, y que enausencia de cualquier intercambio por radiación, producirá a través de la estructura deledificio, el mismo flujo de calor.

El cerramiento se ve afectado por el tipo de construcción, latitud, condiciones de proyec-to, y, como la radiación solar es variable, fundamentalmente depende de la orientacióny de la hora solar.

La DTE de un cerramiento es un valor tal que multiplicado por el área y el coeficienteglobal de la partida correspondiente, calcula la transmisión de calor por conducción yconvección de dicho cerramiento. La DTE equivalente se obtiene a partir de unas tablasy unas correcciones hasta encontrar el valor final real de la diferencia de temperatura.

Un elemento clave para reducir las ganancias térmicas a través de un muro es la disposición deun buen aislamiento en el cerramiento.


La determinación de la carga aportada por transmisión de calor por conducción y con-vección es compleja, en el sentido que intervienen cantidad de parámetros que, de que-rer parametrizarlos y analizarlos individualmente con detalle, resultaría imposible llegara realizar el cálculo, por esta razón, la resolución del cálculo forma parte de un conjunto


Así pues, la transmisión de calor por conducción y convección a través de los ce-rramientos supone una carga térmica fruto de la diferencia de temperatura entreel exterior y el interior y la radiación solar.


de modelizaciones y tablas que, teniendo en cuenta las hipótesis de cálculo, determinanla diferencia de temperatura buscada.

Aplicando la simplificación de la DTE, se usa la ecuación de transmisión de calor a travésde una pared, techo o cristal plano en condiciones de equilibrio para calcular la transmi-sión de calor por conducción y convección:

Donde:

Qcond-conv transmisión de calor por conducción y convección a través del cerramiento en W.

S superficie neta del cerramiento en m2.

k es la característica del cerramiento o coeficiente global de transmisión de calor en:

DTE diferencia de temperatura equivalente.

Diferencia de temperatura equivalente (DTE)

Para su cálculo se pueden dar tres casos.

Gráfico 4.4.


CASO 1: DTE cuando linda con un local interior a la misma temperatura de diseño.

Caso en que el muro interior del local que hay que refrigerar linda con otro local a lasmismas condiciones de diseño que el proyecto. En este caso, no hay transmisión de calorni por conducción ni por convección.

DTE= 0

CASO 2: DTE cuando linda con un local interior no refrigerado

Caso en que el muro interior del local a refrigerar linda con otro local que no está refri-gerado. En este caso la DTE se calcula de la siguiente manera:

Donde:

TI temperatura interior de diseño de proyecto para el local en verano en ºC

TE temperatura exterior de diseño en verano en ºC

T' temperatura del local no refrigerado en ºC


Tabla 4.17.


CASO 3: DTE de un cerramiento exterior

Se obtiene a partir de unas tablas y posteriormente se corrige hasta encontrar el valor fi-nal. Tiene en cuenta la orientación del muro, el color del cerramiento, el peso aparenteo densidad superficial y la hora solar.

La DTE se calcula obteniéndose una DTE con orientación al norte y luego se efectúanhasta tres correcciones: la primera corrección es por orientación, la segunda correcciónes la correspondiente al color. Se distinguen tres tipos de color (claro, medio, oscuro); latercera corrección es para obtener unas condiciones distintas del mes de julio, una dife-rencia de temperatura del local igual a 8 ºC y para una variación térmica diaria diferentede 11 ºC.

C3 corrección proporcionada por la tabla siguiente en ºC, teniendo en cuenta un in-cremento distinto de 8 ºC entre las temperaturas interior y exterior a las 15 horas del mesconsiderado; y considerando una variación de temperatura seca exterior (VTD) distintade 11 ºC.

DTEN diferencia de temperatura equivalente a la hora considerada para la pared encara norte (en sombra) en ºC.

A continuación, se presentan la tabla en ºC de las DTE para latitud de 40º norte, en murovertical orientación norte:

Color coeficiente que considera el color de la cara exterior de la pared.

Para paredes de color oscuro, color = 1 (azul oscuro, rojo oscuro, marrón oscuro, etc.).

Para paredes de color medio, color = 0,78 (verde, azul o gris claros).

Para paredes de color claro, color = 0,55 (blanco, crema, etc.).

RVMESor máxima insolación en W/m2, correspondiente al mes y latitud supuestos, através de una superficie acristalada vertical para la orientación considerada (en el caso depared); u horizontal (techo).



La radiación solar máxima (W/m2 útil de abertura), a través de vidrio sencillo a 40º la-titud norte, los siguientes valores extraídos de la tabla posterior:

Tabla 4.18.

RVJULor máxima insolación en W/m2, correspondiente al mes de julio y latitud 40º delatitud norte, a través de una superficie acristalada vertical para la orientación conside-rada (en el caso de pared); u horizontal (techo).

Tabla 4.19.

DTEor diferencia de temperatura equivalente a la hora considerada para la pared solea-da en ºC.

A continuación se presentan la tabla en ºC de las DTE para latitud de 40º norte, en murovertical cualquier orientación:

Y se presentan la tabla en ºC de las DTE para latitud de 40º norte, para cubierta horizon-tal:

DTEN diferencia de temperatura equivalente a la hora considerada para la pared encara norte (en sombra) en ºC.

A continuación, se presentan la tabla en ºC de las DTE para latitud de 40º norte, en murovertical orientación norte:



Casos prácticos: cálculo de la carga por transmisión de calor por conducción y porconvección

Para el cálculo de cargas de un local, debe aplicarse la ecuación de conducción y convec-ción a cada una de las paredes, techos y cristales con sus correspondientes coeficientesde transmisión de calor.

• Caso práctico 1• Caso práctico 2

Caso práctico 1

Determinar la carga térmica por transmisión de calor por conducción y por conveccióna través del muro de fachada oeste de color de pared medio y muro pesado (500 kg/m2),de un local integrado en un edificio situado en la ciudad de Valencia, en agosto a las 18horas.

Para ello, se conocen las condiciones interiores de diseño del local:

Temperatura seca del local = 25 ºC y HR= 55%.

Y las condiciones exteriores para la ciudad de Valencia: TE = 30,4 ºC (temperatura ya co-rregida para las 18 horas) y temperatura de invierno de 0 ºC, con VTD = 11 ºC y VTA =32ºC.

Se conoce también la composición y la dimensión del muro de fachada que hay que cal-cular.

• Composición (de exterior a interior del local): cara vista de 25 cm de espesor, mor-tero de agarre de 1 cm de espesor, espuma de poliuretano de 3 cm de espesor, cámarade aire de 2 cm de espesor, fabrica de ladrillo hueco de 11 cm de espesor y enlucidode yeso de 1,5 cm de espesor.Donde la k = 0,445 W/m2 ºC.

• Dimensiones: 7 m de ancho por 2,8 m de altura.

Caso práctico 2

Determinar la carga térmica por transmisión de calor por conducción y por conveccióna través del muro de fachada sur de color de pared claro y muro de 100 kg/m2, de un localintegrado en un edificio situado en la ciudad de Granada, en setiembre a las 16 horas.


Para ello se conocen las condiciones interiores de diseño del local:

Temperatura seca del local = 24 ºC y HR= 50%.

Y las condiciones exteriores para la ciudad de Granada: TE = 33,56 ºC. (temperatura yacorregida para las 16 horas) y temperatura de invierno de -2 ºC, con VTD = 18ºC y VTA= 38 ºC.

Se conoce también la composición y la dimensión del muro de fachada que hay que cal-cular formado por espuma de poliuretano inyectado entre dos planchas de acero.

• Composición (de exterior a interior del local): plancha de acero de 0,6 mm, espu-ma de poliuretano inyectado de 7 cm de espesor, plancha de acero de 0,6 mm.Donde la k = 0,31 W/m2 ºC.

• Dimensiones: 105 m de ancho por 3,1 m de altura. En el muro hay 5 puertas de2m de ancho por 2m de alto.

Recordad que si tenéis que introducir decimales, han de ir separados por una (,). En elcaso de introducir millares, han de ir separados por un (.).

2.6. Cargas por ventilación e infiltraciones

La ventilación y las infiltraciones representan aportaciones de aire exterior que en vera-no tienen que considerarse como aportaciones de calor latente y sensible al interior dellocal que se desea climatizar. Las aportaciones de aire exterior tienen, normalmente, di-ferente contenido de calor que el aire existente en el espacio refrigerado y, por consi-guiente, imponen una carga que habrá que contrarrestar con el equipo refrigerador.

La ventilación, en locales refrigerados, es necesaria para mantener unos niveles de cali-dad en el aire y se utiliza para disminuir la concentración de CO, para la supresión deolores debidos a la ocupación, al tabaco y a otras fuentes.

La determinación del caudal del aire de ventilación viene determinado por la NormaUNE 100-011-091.

Las infiltraciones de aire en locales refrigerados se producen por aportación de aire a tra-vés de diversos puntos del edificio o local que hay que climatizar. El caudal de aire deinfiltración varía según la estanqueidad y número de las puertas y ventanas, de la poro-sidad de las paredes del edificio, de su altura (por el efecto chimenea), de escaleras, as-censores, dirección y velocidad del viento, y caudales relativos de aire de ventilación yextracción (diferencia de presión). En consecuencia, su parametrización es un proceso



complejo que se estudia en diferentes manuales y con diferentes métodos. Pero casi to-dos los parámetros de cálculo de infiltraciones han sido elaborados por la ASHRAE. Parael cálculo, existe el método de las superficies y el método de la rendija.

A continuación vamos a resumir, para simplificar el cálculo, el método de la rendija, que esel método más exacto de los dos; pero si se quiere profundizar en un método más completo,se recomienda consultar las publicaciones recomendadas en bibliografía. Aun así, las infil-traciones suponen, en algunos casos, un peso alrededor del 10% respecto al volumen de airede ventilación, con lo cual en los manuales de cálculo se acostumbra a no calcularlas admi-tiendo que la carga aportada por infiltración entra dentro del propio error de cálculo.

Procedimiento de cálculo – carga de ventilación

La carga por ventilación se calcula como la suma de la carga sensible y latente:

QV = QS + QL

Su misión es enfriar el aire de la temperatura exterior TE a la temperatura interior TI.

Donde:

Qs calor sensible en W maire masa de aire en kg/s Cpaire 1,006 kJ/kg ºC TE, TI temperatura exterior y temperatura interior en ºC

Donde:

QV carga de ventilación en WQS carga sensible en WQL carga latente en W

Procedimiento de cálculo – carga infiltraciones

Las aportaciones de aire tanto por ventilación como por infiltraciones a condicio-nes de temperatura y humedad diferentes a las condiciones de diseño suponenuna carga térmica a considerar.

Cuando el volumen de aire aportado por ventilación es considerablemente supe-rior al cabal de aire por infiltraciones, en la práctica se tiende sólo a considerar lacarga aportada por la ventilación.


La carga por infiltraciones se calcula aplicando la misma formulación, hipótesis y simpli-ficaciones utilizadas para el cálculo de la ventilación.

Para determinar el volumen de aire infiltrado, se va a utilizar el método de la rendija apli-cado a puertas y ventanas expuestas al viento.

Dependiendo de la orientación del edificio y de su entorno, puede darse el caso de queninguna de las caras del edificio o local que hay que refrigerar sea expuesto directamenteal viento, con lo cual, podría no ser necesario su cálculo.

Resumen de la formulación que se aplica:

QS = 0,336 x VS x (TE -TI)

QL = 841,3 x VS x (WE - WI)

El problema principal radica en determinar la masa de aire que se considera debido a lasinfiltraciones:

VS = (L x I)ventanas + (L x I)puertas

*Si el caudal calculado es muy inferior al calculado por ventilación, suele despreciarse.

Donde:

VS caudal de aire de infiltraciones en m3/h

L longitud de la rendija en m. Es el cálculo de la longitud total de la rendija en ventanas ypuertas en fachada expuestas al viento

Para las ventanas y puertas en otras fachadas, no se considerará infiltraciones.

I infiltraciones en ventanas y puertas expresadas en:

Nótese que los valores son por metro lineal de rendija. Las infiltraciones se pueden leerde la tabla que se muestra a continuación y que es una simplificación del método expues-to por algunos manuales:



Tabla 4.20.

Tabla 4.21.

Tabla 4.22.

QS = 0,0336 x VS x (TE - TI)

QL = 841,3 x VS x (WE - WI)

Donde:

Qs calor sensible en WQL calor latente en WVS caudal de aire en m3/hTE, TI temperatura exterior y temperatura interior en ºCWE humedad absoluta exterior en kg de vapor de agua por kilo de aire secoWI humedad absoluta del local en kg de vapor de agua por kilo de aire seco

Nota: Acceder a la calculadora isométrica para los valores W0 Y WI


2.7. Resumen del cálculo de la carga de refrigeración

Una vez se han visto los conceptos expuestos en los apartados anteriores, se presenta uncuadro resumen que engloba todos los campos que hay que calcular.

3. Ejercicio resuelto. Refrigeración de un centro comercial

Se trata de determinar las cargas frigoríficas de la zona dedicada a las ventas en un edi-ficio comercial ubicado en Barcelona dedicado a la venta de productos alimentarios y otros.

Referente a la confortabilidad del edificio, cada vez más se pretende conseguir que eltiempo de estancia sea lo más agradable posible. Se diseñará, por tanto, una instalaciónde climatización adecuada a las necesidades que se desea cubrir, así como la necesaria re-novación de aire que garantice en todo momento su calidad.

Características del local

El local objeto del presente proyecto ocupa la totalidad de una nave de planta única detipo aislado. Cuenta con una superficie cubierta construida de casi 1.800 m2 (46 x 40m)así como una altura útil de 4,5 m.

El edificio está compuesto por unas zonas bien diferenciadas. Éstas son:

• Zona de ventas (climatizada y orientada al sur): 46 x 30 m.La zona orientada al este, tiene una superficie vidriada total, con doble vidrio de 0,6mm de grosor, de 30 m2.La entrada al centro comercial es al sur donde se ubican 4 puertas correderas de vidrio(6 mm) de 2 x 2 m.

• Zona de manipulación a baja temperatura (cámaras y obradores): 10 x 10 m (climati-zada a 15-18 ºC).

• Salas de máquinas: 9 x 10 m (total) – sin compartimentar y sin climatizar (ventilaciónsuficiente para garantizar una temperatura máxima de 35 ºC).

• Almacén de productos no perecederos: 15 x 10 m (sin climatizar (ventilación para ga-rantizar una temperatura máxima de 35 ºC)).

• Zona de despachos: 12 x 10 m, incluyendo 2 despachos climatizados de 4 x 4 m; salade reuniones climatizada de 4 x 6 m; vestuario y servicio mujeres 6 x 4 m; vestuarioy servicio hombres 6 x 4 m; paso de 8 x 2 m.



Instalación de climatización y ventilación

Consideraciones a tener en cuenta

Por tratarse de un edificio destinado a supermercado de alimentación, en su diseño sehan diferenciado las zonas de venta, cajas y paso de servicios, de las zonas destinadas ala venta de productos refrigerados y congelados. Las citadas zonas se incluyen en unasola planta sin tabiques de separación, ya que así lo exige la logística del supermercado,dando como resultado que la zona de congelados sea más fría que la zona de refrigeradosy que ésta a su vez sea más fría que la zona de ventas.

Se trata de un edificio aislado construido con estructura metálica, cerramientos con pa-nel metálico en forma de sándwich con aislamiento en su interior y cubierta tipo DECK.

El edificio presenta una superficie acristalada ligeramente coloreada y se prevé gran mo-vimiento en las puertas de acceso a la zona de ventas y zona de cajas.

Tabla 4.23.

El horario de funcionamiento se estima en 12 horas diarias todos los días del año exceptodomingos y otros festivos. Ante la dificultad de calcular la ocupación máxima y simultá-nea de las distintas dependencias, tomamos para el cálculo el 75% del aforo máximo de457 personas, según la NBE CPI 96 Art. C.6.1.

Croquis del centro

Gráfico 4.5.

Superficie en planta 1.682 m2

Volumen total 7.336 m3

Número de plantas 1

Entorno del edificio Zona de parking


Condiciones interiores en verano

Según establece la instrucción ITE 02.2 tabla 1 del RITE, la temperatura operativa en laszonas ocupadas del local, se mantendrá entre los 23 ºC y los 25 ºC.

Se desea obtener unas condiciones en el interior del local de 25 ºC para la temperatura.

Humedad relativa

Según establece la instrucción ITE 02.2 tabla 1 del RITE, la humedad relativa en el inte-rior del local estará comprendida, en los locales provistos de sistemas de aire acondicio-nado, entre el 40 y el 60%, tanto en verano como en invierno.

Se desea obtener unas condiciones en el interior del local de 50% de humedad relativa.

Ventilación

Según se establece en la Norma UNE 100-011-91.

Nivel de iluminación

El nivel de iluminación previsto para el local será de 20 W/m2 mediante lámparas fluo-rescentes.

Coeficientes de transmisión medios y peso del muro

Tabla 4.24.

Muros exteriores 1,0 W/m2 y 500 kg/m2

Muros interiores 1,7 W/m2 y 500 kg/m2

Techo 1,4 W/m2 y 200 kg/m2

Suelo 1,3 W/m2

Vidrio 3,6 W/m2


4. Herramientas de cálculo

Winpreclima

El Winpreclima es una valiosa herramienta para valorar lo que representa la toma de de-cisiones en la compra y equipamiento de algunas tecnologías que pueden concurrir enun mismo proyecto o instalación.

El Winpreclima es una aplicación para ayudar a la elaboración de preestudios de viabili-dad de instalaciones de climatización comparando dos situaciones.

La aplicación fue desarrollada junto con el departamento de aplicaciones del gas de GasNatural, ya que se pretendía comparar técnica y económicamente instalaciones con gascon instalaciones con electricidad.

El sistema evalúa el comportamiento de una instalación de climatización a lo largo deun año. Los datos de partida del estudio son:

• La zona geográfica, que nos fijará condiciones climáticas y de escenario de factura-ción (eléctrica de combustibles).

• Las cargas máximas demandas en el local que hay que climatizar.• Programa y calendario de trabajo de la instalación.• Las tarifas energéticas consideradas.• Las características técnicas y económicas de los equipos de climatización que hay que

comparar.

Los datos que se obtienen a partir de dichas entradas son:

• Gráficas de perfil de temperaturas.• Potencias y frecuencia horaria de temperaturas.• Análisis energético comparativo (factor de uso, horas de disconfort).• Análisis económico comparativo.


Editorial UOC 153 Normativa de ámbito estatal y autonómico

Normativa de ámbito estatal y autonómico

Código técnico de la Edificación (CTE). RD314/2006.

Reglamento de Instalaciones térmicas en los Edificios (RITE) RD1027/2007.

Normas UNE incluidas en el Reglamento de Instalaciones térmicas en Edificios RD 1027/2007.


Glosario

absorbedor m Lugar en el enfriador por absorción donde la solución salina absorbe elagua. Recinto en el que se desarrolla el proceso hidroscópico entre la sal y el refrigerantecreando un vacío en el evaporador. La solución resultante se va acumulando en el fondodel absorbedor.

absorbente m Uno de los absorbentes principales en los ciclos por absorción es una sal,concretamente el bromuro de litio (LiBr). En el ciclo de absorción, el absorbente va satu-rándose de refrigerante en el absorbedor y va concentrándose en el generador (o concen-trador).

Las mezclas más comúnmente empleadas en ciclos de absorción son:

Refrigerante agua (R-718) y absorbente bromuro de litio (LiBr).

Refrigerante amoníaco (R-717) y absorbente agua (H2O).

absorción f La absorción es consecuencia de la afinidad fisicoquímica entre dos com-puestos, de forma que la mezcla de ambos compuestos resulta más "estable" que los com-puestos por separado. La medida física de dicha afinidad se realiza en términos del calorde dilución o calor de solución (energía entregada al producirse la mezcla, la cual es su-perior al propio calor latente de condensación).

acondicionamiento de aire m Acciones que se llevan a cabo sobre el aire contenidoen el interior de un edificio o local con el objeto de alcanzar unos determinados nivelesde confort. Las acciones corresponden a técnicas para la corrección de la temperatura delaire interior, técnicas para la corrección del contenido de humedad del aire interior y téc-nicas para la corrección de la calidad del aire interior.en air conditioning

aire acondicionado m Este término suele referirse únicamente a la corrección de losniveles de temperatura en verano. En esta obra, el término va a ser sustituido por el derefrigeración.en air conditioning

ASHRAE f Asociación Americana de Ingenieros de Refrigeración, Calefacción y Acondi-cionamiento de Aire. "American Society of Heating, Refrigeration and Air-ConditioningEngineers".

azeotrópica, mezcla f Cuando se trata de mezclas de hidrocarburos en proporcionesvariables, se clasifican a su vez según su comportamiento: si la mezcla se comporta de tal

Editorial UOC 155 Glosario

modo que la composición en la fase líquida y en la fase vapor son siempre iguales, se de-nomina mezcla azeotrópica.

bomba de calor f Sistema de refrigeración utilizado para suministrar calor y frío me-diante válvulas que cambian la dirección de flujo del gas refrigerante. Es un sistema di-señado para proporcionar calefacción y refrigeración, y su actuación es en esencia lamisma en ambos procesos.

bromo (Br) m Elemento venenoso que a temperatura ambiente presenta un color rojooscuro. Es uno de los halógenos y pertenece al grupo 17 (o VIIA) del sistema periódico.Su número atómico es 35. El bromo se encuentra abundantemente en la naturaleza. Supunto de fusión es de -7,25 °C, y su punto de ebullición de 58,78 °C, siendo su densidadrelativa 3,10 y su masa atómica 79,90. Por sus propiedades químicas, el bromo es tan pa-recido al cloro –con el que casi siempre se encuentra asociado.

bromuro de litio m Tipo de solución salina utilizada en un enfriador por absorción.

calefacción f Conjunto de técnicas para el calentamiento de fluidos. Se refiere solamen-te a la corrección de los niveles de temperatura en invierno.

calor latente m Energía calórica absorbida o rechazada cuando una sustancia cambiade estado y no se experimentan cambios de temperatura. Este proceso consiste en un au-mento isotérmico del contenido de vapor de agua, lo cual se consigue inyectando vaporde agua. Es otro proceso isotérmico durante el cual se produce una deshumectación, esdecir, se le quita vapor de agua al aire, sin enfriarlo (cambio de temperatura). En general,a la cantidad de calor necesaria para producir un cambio de fase se llama calor latente;existen calores latentes de sublimación, fusión y vaporización.

calor sensible m Calor que produce un cambio en el nivel de un termómetro. Energíaque transmite una variación, aumento o disminución, de la temperatura seca, mante-niendo constante la humedad absoluta W. El calor sensible disipado en el entorno vienedado por la suma del calor disipado por convección y por radiación.

calor por conducción m El calor se transfiere mediante convección, radiación oconducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puedeocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. En los sólidos, laúnica forma de transferencia de calor es la conducción. Esta teoría explica por qué losbuenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores del calor.En 1822, el matemático francés Joseph Fourier dio una expresión matemática precisaque hoy se conoce como ley de Fourier de la conducción del calor. Esta ley afirma quela velocidad de conducción de calor a través de un cuerpo por unidad de seccióntransversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (conel signo cambiado).


calor por convección m El calor se transfiere mediante convección, radiación o con-ducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrirque uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Si existe una diferencia detemperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un mo-vimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra porun proceso llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Sise calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele dismi-nuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente ymenos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipode movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido,se denomina convección natural. La convección forzada se logra sometiendo el fluido aun gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes dela mecánica de fluidos.

calor por radiación m Calor que pasa a través del aire y calienta objetos sólidos que asu vez calientan el ambiente. El calor se transfiere mediante convección, radiación o con-ducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrirque uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. La radiación presenta una di-ferencia fundamental respecto a la conducción y la convección: las sustancias que inter-cambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por unvacío.

carbono (C) m Elemento crucial para la existencia de los organismos vivos, y que tienemuchas aplicaciones industriales importantes. Su número atómico es 6; y pertenece algrupo 14 (o IVA) del sistema periódico. La masa atómica del carbono es 12,01115. Lastres formas de carbono elemental existentes en la naturaleza (diamante, grafito y carbo-no amorfo) son sólidos con puntos de fusión extremadamente altos, e insolubles en to-dos los disolventes a temperaturas ordinarias.

CFC m pl Clasificación de los refrigerantes CloroFluoroCarburos (CFC). Contienen cloroy fluor, además del carbono. No contienen hidrógeno. Algunos refrigerantes clasificadoscomo CFC son: R-11, R-12, R-114, etc.

climatización f Conjunto de técnicas para el enfriamiento o calentamiento de fluidos(agua, aire,...) y que engloba simultáneamente los conceptos de calefacción y refrigera-ción.

cloro (Cl) m Elemento gaseoso amarillo verdoso. Pertenece al grupo 17 (o VIIA) del sis-tema periódico, y es uno de los halógenos. Su número atómico es 17. A temperatura or-dinaria, es un gas amarillo verdoso que puede licuarse fácilmente bajo una presión de 6,8atmósferas a 20 ºC. El gas tiene un olor irritante, y muy concentrado es peligroso; fue laprimera sustancia utilizada como gas venenoso en la I Guerra Mundial (véase Guerra quí-mica y biológica). El cloro libre no existe en la naturaleza, pero sus compuestos son mi-nerales comunes, y ocupa el lugar 20 en abundancia en la corteza terrestre. El cloro tiene


un punto de fusión de - 101 ºC, un punto de ebullición de - 34,05 ºC a una atmósfera depresión, y una densidad relativa de 1,41 a - 35 ºC; la masa atómica del elemento es35,453.

compresión mecánica del vapor, compresión f Tecnología más habitual aplicadapara la generación de frío desde la aparición de los refrigerantes halogenados, enmarcadaen la tecnología "mecánica en ciclo cerrado". Comporta un movimiento cíclico del refri-gerante a lo largo de las distintas etapas del ciclo, regresando siempre a un mismo puntode partida. Una de las condiciones que mantendrá cualquier sistema de refrigeración enciclo cerrado es que: "El refrigerante se evaporará para generar frío y necesariamente de-berá volver a condensarse, disipando calor hacia el exterior".

compresión térmica del vapor f Tecnología menos habitual que los ciclos de com-presión de vapor aplicada para la generación de frío, enmarcada en la tecnología "térmicaen ciclo cerrado". Las mezclas más comúnmente empleadas en ciclos de absorción son:

Refrigerante agua (R-718) y absorbente bromuro de litio (LiBr).

Refrigerante amoníaco (R-717) y absorbente agua (H2O).

Uno de los refrigerantes más empleados en los sistemas de absorción es el agua, mientrasque el absorbente principal es una sal, concretamente el bromuro de litio (LiBr). Los equi-pos de absorción pueden trabajar a simple o doble efecto.sin.: absorción

condensador m Componente de un sistema de refrigeración que transfiere calor del sis-tema al condensar el refrigerante.

COP m En ciclos de compresión, es la relación entre el frío útil obtenido en el evaporadorcon respecto a la energía consumida en el compresor.

COP = Qe / W

En ciclos de absorción, es la relación entre el frío útil obtenido en el evaporador con res-pecto a la energía consumida en el generador.

COP = Qe / Qg

en coefficient of performance

diagrama psicrométrico m Diagrama que permite el estudio de las propiedades ter-modinámicas del aire húmedo y la utilización de estas propiedades para el análisis de lascondiciones y de los procesos gráficamente.


diferencia de temperatura equivalente f Método que consiste en considerar unasdiferencias de temperatura, entre el aire exterior y el aire interior, y que en ausencia decualquier intercambio de calor por radiación, producirá a través de la estructura del edi-ficio, el mismo flujo de calor. Se indica en ºC.sigla: DTE

evaporador m El componente de un sistema de refrigeración que absorbe calor hacia elsistema y evapora el refrigerante líquido.

entalpía f Energía necesaria para elevar la temperatura del aire seco de la situación dereferencia a la situación final.Energía necesaria de vaporización del agua para pasarla del estado líquido al estado va-por, más la energía necesaria para elevar la temperatura del aire seco de la situación dereferencia a la situación final.sin.: aire secosin.: vapor de agua

flúor (F) m Elemento gaseoso, químicamente reactivo y venenoso. Se encuentra en elgrupo 17 (o VIIA) de la tabla periódica, y es uno de los halógenos. Su número atómico es9. El flúor es un gas amarillo verdoso pálido, ligeramente más pesado que el aire, vene-noso, corrosivo y que tiene un olor penetrante y desagradable. Su masa atómica es18,998. Tiene un punto de fusión de - 219,61 °C, un punto de ebullición de - 188,13 °Cy una densidad relativa de 1,51 en estado líquido y a su punto de ebullición. Es el ele-mento no metálico más activo químicamente. Se combina directamente con la mayoríade los elementos e indirectamente con nitrógeno, cloro y oxígeno. Descompone a la ma-yoría de los compuestos formando fluoruros, que se encuentran entre los compuestosquímicos más estables.latín: fluo, 'flujo'

ganancia calorífica solar f Calor aportado por la radiación solar a través de ventanasy claraboyas en un local en W/m2.sigla: GCS

generador m Recinto en el que el absorbente va saturándose de refrigerante en el ab-sorbedor y va concentrándose en el generador (o concentrador).sin:. concentrador

grado de saturación m Es la cantidad másica de vapor de agua (W) que tiene un airerespecto a la cantidad másica de vapor de agua que a la misma presión (P) y temperatura(T) tendría si estuviera saturado (Ws).

HFC m Clasificación de los refrigerantes HidroFluoroCarburo (HFC). Contienen hidró-geno y fluor, además del carbono. No contienen cloro. Algunos refrigerantes clasificadoscomo HFC son: R-134a, R-152a, R-407c, etc.


hidrocarburos halogenados m pl En 1931, con la aparición en el mercado del primerrefrigerante basado en hidrocarburos halogenados (el R12 de la firma Du Pont), se iniciaun rápido ascenso en el empleo de estos refrigerantes (que pasan a denominarse freones).

Los freones se caracterizan por ser:

No corrosivos.

No tóxicos.

No reactivos.*

De uso fácil.

Eficientes termodinámicamente.

Baratos.

sin.: freones

hidrógeno m (En griego, 'creador de agua'), de símbolo H, es un elemento gaseoso reac-tivo, insípido, incoloro e inodoro. Su número atómico es 1 y pertenece al grupo 1 (o IA)del sistema periódico. Como la mayoría de los elementos gaseosos, el hidrógeno es dia-tómico (sus moléculas contienen dos átomos), pero a altas temperaturas se disocia enátomos libres. Sus puntos de ebullición y fusión son los más bajos de todas las sustancias,a excepción del helio. Su punto de fusión es de - 259,2 ºC y su punto de ebullición de -252,77 °C. A 0 °C y bajo 1 atmósfera de presión tiene una densidad de 0,089 g/l. Su masaatómica es 1,007.

humedad absoluta (W) f Es la masa de vapor de agua contenido en un kilo de aireseco.

humedad relativa f Relación entre la fracción molar del vapor de agua contenido enun aire y la fracción molar del vapor de agua si el aire estuviera saturado a la misma pre-sión y temperatura.sigla: HR

humidificador adiabático m Equipo donde se produce el enfriamiento y la humidi-ficación del aire, por un proceso de contacto directo entre el aire y el agua, en forma degotas de pequeño tamaño.

humidificador de vapor m Equipo donde se produce la humidificación del aire, porun proceso de contacto directo entre el aire y el vapor de agua a alta temperatura.


invernadero m El GWP mide el potencial del calentamiento global. Mide la incidenciarelativa de cada compuesto sobre el incremento del efecto invernadero. Se ha definidouna escala relativa en la que adoptó como referencia de GWP=1 al CO2 (sobre un esce-nario de tiempo integrado (ITH) de 20 años).sigla: GWPsin:. efecto

oxígeno (O) m Elemento gaseoso ligeramente magnético, incoloro, inodoro e insípido.El oxígeno es el elemento más abundante en la Tierra. El oxígeno gaseoso se condensaformando un líquido azul pálido fuertemente magnético. El oxígeno sólido de color azulpálido se obtiene comprimiendo el líquido. La masa atómica del oxígeno es 15,9994; ala presión atmosférica, el elemento tiene un punto de ebullición de - 182,96 °C, un puntode fusión de - 218.4 °C y una densidad de 1,429 g/l a 0 °C.

El oxígeno constituye el 21% en volumen o el 23,15% en masa de la atmósfera, el 85,8%en masa de los océanos (el agua pura contiene un 88,8% de oxígeno), el 46,7% en masade la corteza terrestre (como componente de la mayoría de las rocas y minerales). El oxí-geno representa un 60% del cuerpo humano. Se encuentra en todos los tejidos vivos.Casi todas las plantas y animales, incluyendo los seres humanos, requieren oxígeno, yasea en estado libre o combinado, para mantenerse con vida.

ozono, capa de f El ODP cuantifica el efecto de los distintos refrigerantes sobre la capade ozono. Se definió una escala relativa en la que cada refrigerante se comparaba frentea otro de referencia. La escala adoptó como referencia de ODP = 1 al CFC-11.sigla: ODP

punto de equilibrio líquido-vapor m Punto en el que entre el agua y el aire se esta-blece el equilibrio líquido-vapor. En este punto, la presión del vapor de agua es la mismaque la presión de saturación del vapor de agua.

presión de equilibrio líquido-vapor f Punto en el que la presión del vapor de aguaes la misma que la presión de saturación del vapor de agua.

presión de saturación del vapor de agua (Pws) f Presión a partir de la cual el fluidocambia de fase, con aporte o extracción de calor, sin variar su temperatura ni su presión.En ese punto, la presión es la presión de saturación (Pws).

presión del vapor de agua (Pw) f Es la presión que ejercería el vapor de agua conte-nido en un volumen de aire si extrajéramos el aire seco y dejáramos el vapor de agua.

psicrometría f Ciencia que estudia la determinación de las propiedades termodinámi-cas del aire húmedo, así como el empleo de dichas propiedades para analizar las condi-ciones y procesos que afectan al aire húmedo. (Psicro: humedad / Metría: medir). El


modelo ASHRAE define la psicrometría como el estudio de las propiedades termodinámi-cas del aire húmedo y la utilización de estas propiedades para el análisis de las condicio-nes y de los procesos en los que interviene el aire húmedo.

refrigerante m Fluido de un sistema de refrigeración que se convierte de líquido en va-por y nuevamente en líquido a presiones prácticas.

refrigeración f Conjunto de técnicas para el enfriamiento de fluidos (agua, aire...). Serefiere solamente a la corrección de los niveles de temperatura en invierno.

refrigeración industrial f Conjunto de técnicas empleadas para la obtención de fríoa bajas temperaturas (inferior a ± 0 ºC), básicamente en aplicaciones de proceso y cáma-ras frigoríficas.sin.: frío industrial

temperatura de bulbo húmedo f Parámetro indicativo del contenido de humedaddel aire. Cuanto menor sea dicha humedad, menor será la temperatura del bulbo húme-do. Es la temperatura que se obtiene en un termómetro de mecha húmeda. Al exponerel termómetro húmedo a una corriente de aire, se produce una evaporación espontáneadel agua de la parte expuesta de la mecha intentando saturar el aire que se traduce en undescenso de la temperatura del termómetro por enfriamiento evaporativo.sin.: temperatura húmeda

temperatura de rocío f Temperatura a partir de la cual empieza a condensar el vaporde agua. La temperatura (T) a la cual la presión del vapor de agua (Pw) corresponde conla presión de saturación del vapor de agua (Pws) se denomina temperatura de rocío (TDP).

temperatura de saturación adiabática f Temperatura a partir de la cual el agua lí-quida, por evaporación en el aire, se satura adiabáticamente a la misma temperatura delagua.

torre de refrigeración f Dispositivo final en muchos sistemas enfriados por agua, quedirige el calor del sistema a la atmósfera por medio de la evaporación de agua. Equipoque funciona como intercambiador de calor de contacto directo aire-agua, cuya funciónbásica es el enfriamiento evaporativo del agua, mediante un proceso de saturación adia-bática del aire.

ventilación f La ventilación puede definirse como la técnica de sustituir el aire ambien-te interior de un recinto, el cual se considera indeseable por falta de temperatura adecua-da, pureza o humedad, por otro que aporta una mejora.

volumen específico m Es el volumen que ocupa una masa de aire seco.


Bibliografía

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Science

Refrigeración, Daniel García