Monografia Final

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICALABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA DE POTENCIA

MONOGRAFÍA

CURSO: Refrigeración y Aire Acondicionado – MN374 A

PERIODO ACADÉMICO: 2015-II

TEMA:

CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA, PSICOMETRÍA Y DISEÑO DE DUCTOS

REALIZADO POR:

Gamarra Horna, Gustavo Armando 20114093B Grandy Gonzales, Emilio Roger 20112601K Salas Cárdenas, Pablo César 20111248E

ENTREGA DE LA MONOGRAFÍA: sábado 07/11/2015

INFORME CALIFICADO POR: Ing. Manuel Azahuanche Asmat

Lima, Noviembre del 2015

AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACIÓNCÁLCULO DE CARGA TÉRMICA, PSICOMETRÍA Y DISEÑO DE DUCTOS

PRESENTACIÓN

Sabemos la gran creciente de la población demográfica en Lima y ciudades del Perú esta trae consigo a nuevos retos a la ingeniería tanto civil, eléctrica, mecánica, etc. Con el fin de asegurar las condiciones de calidad de vida y los requerimientos de los propietarios en las edificaciones tal es el caso de edificios empresariales, bancos, hospitales, estudios fotográficos, entre muchos más que requieren Aire Acondicionado.

Esta es una monografía que tiene el fin de afianzar el trabajo en equipo de parte de sus autores y la consolidación de los conocimientos del curso.

Para iniciar con el proceso, tendremos que calcular la carga térmica; muy importante ya que son condiciones del lugar y/o zona a acondicionar, que ocasionan cambios en la temperatura y humedad relativa del aire.

Damos paso al uso de la Psicrometría que nos brindará la capacidad de nuestros equipos a usar en cada ambiente como es nuestro caso.

Como paso final seleccionaremos las dimensiones de los ductos para el ingreso de aire, que nos dará las condiciones deseadas.

Mostramos las reuniones realizadas por el grupo para la presentación de la monografía, y nuestros borradores de los cálculos.

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ÍNDICE1) Objetivos 42) Cálculo de la carga térmica 5

a) Entradas 5b) Cálculos de “U” 9

3) Cálculo de la carga térmica – Pasos en el software 114) Psicrometría 225) Diseño de ductos 256) Resultados 277) Conclusiones 278) Recomendaciones 28

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1. OBJETIVOS.

Obtener la carga térmica, calor latente y calor sensible, de las oficinas del 4to piso del edificio asignado en clase.

Determinar la capacidad de equipo mediante Psicrometría con la metodología empleada en clase.

Dimensionar los ductos de cada zona de trabajo, con criterios de ingeniería.

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2. CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA

a. ENTRADAS

DATOS GENERALES

NOMBRE DE LA ZONA

Tenemos 4 ambientes las oficinas 401, 402, 403 y el Hall con corredores.

NUMERO DE PERSONAS

Estos datos lo sacamos de las normas de Edificaciones en el capítulo II Condiciones de Habitabilidad y Funcionalidad, en este caso tomamos la información brindada en clase ya que salió igual a la que calculamos.

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ZONA Nº PersOficina 401 20.0 PersOficina 402 25.0 PersOficina 403 23.0 PersHall con corredores 13.0 Pers

CALOR SENSIBLE DE LAS PERSONAS

El dato tomado es de 250 Btu/h de la tabla de las diapositivas de clase.

CALOR LATENTE DE LAS PERSONAS

El dato tomado es de 200 Btu/h de la tabla de las diapositivas de clase.

ÁREA DE LA ZONA

ZONA ÁreaOficina 401 182.16 m²Oficina 402 236.98 m²Oficina 403 217.68 m²Hall de Ascensores 58.05 m²

ALTURA

Todas las zonas tienen la misma altura ubicadas en el cuarto piso a 11.20 metros.

UBICACIÓN GEOGRÁFICA

El edificio estudiado está ubicado en la Av. Santa Cruz cuadra 8 - Miraflores, donde indica la flecha. Lima-Perú

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Latitud: 12°06'42.6"S

Longitud: 77°02'18.0"W

CONDICIONES EXTERIORES

Datos ASHARAE 2009, para Lima y Callao

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El cálculo tomara las condiciones más críticas que son en el mes de Marzo, con TBS= 30.83°C, TBH=24.33°C

CONDICIONES INTERIORES DE SALA

Las condiciones que deseamos son 22 ºC y 55% HR.

POTENCIA DE ILUMINANCIÓN

Utilizamos el dato para oficina de la ASHRAE 90.1-2010 el valor de 1.11 Watt/pie^2.

VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA EXTERIOR EN 24 HORAS

La variación de la temperatura esta entre 8 y 10 °C para nuestro caso utilizamos 8.33°C en Fahrenheit 15°F.

NÚMERO DE HORA DE FUNCIONAMIENTOS

Operación de 8 am a 7 pm.

POTENCIAS DE EQUIPOS

Utilizamos el dato para oficina de la ASHRAE 90.1-2010 el valor de 2 Watt/pie^2.

FACTOR DE SOMBRAS

El factor de sombras utilizado es 0.65 para vidrios.

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b. CÁLCULOS DEL “U”

Para el cálculo de los coeficientes globales en las paredes interiores se toma:

R1: Resistencia de la película del aire Interno. R2: Resistencia del enlucido de cemento externo. R3: Resistencia de la pared de concreto / ladrillo. R4: Resistencia del enlucido de cemento interno. R5: Resistencia de la película del aire.

U= 1R1+R2+R3+R4+R5

Datos de R para cada ítem:

Paredes y ventanas ENL. DE CEMT.EXT.

(mm)

ENL. DE CEMT. INT. (mm)

ESPESOR(m)

Paredes exteriores 25 25 0.20Paredes interiores 25 25 0.10Techo y suelo 25 25 0.20

Calculo de las resistencias en (m2.Hr.°C/ kcal)

Paredes y ventanas R_1 R_2 R_3 R_4 R_5Paredes exteriores 0.052 0.04 0.32 0.04 0.14Paredes interiores 0.14 0.04 0.16 0.04 0.14Techo y suelo 0.052 0.04 0.32 0.04 0.19Ventanas 0.052 0 0 0 0.14

Para R_1 y R_5 de tablas entre 1000.

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Para R_2 y R_4 consideramos espesores de 25 mm con 1.6 m.Hr.°C/ kcal.

25∗1.61000

=0.04m2.Hr . ° C /kcal

Para R_3 de también usamos la formula anterior pero sin dividirlo entre 1000 ya que este dato está en metros.

Paredes y ventanas U (kcal/m2.Hr.°C) U(Btu/ft2.Hr.°F)Paredes exteriores 1.689 0.346Paredes interiores 1.923 0.394Techo y suelo 1.558 0.319Ventanas 5.208 1.067

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3. CALCULO DE LA CARGA TÉRMICA - PASOS EN EL SOFTWAREPartimos ingresando datos en el “GENERAL PROJECT DATA”.

En la pestaña “Project”.

En la pestaña “Design”.

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En la pestaña “More Design”, no contaremos con falso techo.

En “INDOOR / OUTDOOR DESIGN CONDITIONS”, estos datos son sacados del ASHRAE-2009.

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En “MASTER DATA”, ingresamos los datos de U para techos, paredes, vidrios y particiones.

Pestaña techos Pestaña paredes

Pestaña ventanas

Pestaña particiones

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En “AIR HANDLER DATA”, ingresamos los datos de cada zona.

En la pestaña de “Main” se ingresan los mismos datos en las 4 zonas:

En la pestaña de “General” se ingresan los mismos datos en las 4 zonas:

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En la pestañas “Infil & Vent” ingresamos datos para cada zona.

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En “ZONE DATA”, ingresamos los datos de cada zona.

Zona 1.

Zona 2.

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Zona 3

Zona 4

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SALIDAS

Zona 401

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Zona 402

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Zona 403

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Zona 4

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4. PSICROMETRÍA

El Software Elite nos da una Psicrometría básica razón por la cual utilizaremos las herramientas brindadas en clase.

Del software obtendremos los datos de carga térmica.

QS(BtuH) QL(BtuH) QT(BtuH) fcsZONA 1 OF 401 139322 15355 154677 0.901ZONA 2 OF 402 113963 20617 134580 0.847ZONA 3 OF 403 131575 17617 149192 0.882ZONA 4 HALL 29459 6115 35574 0.828

ZONA 1 – OF 401

Propiedades h (Kcal/kg) v (m3/kg) mi (kg/h) W (kgw/kgda)Entrada 21.9 0.884 - -Salida 15.1 0.848 - -Pto. De Insuflamiento

12.47 0.8213 14820.76198 0.0086

Pto. De Mezcla 16.05 - - 0.01Pto. X 15.2 - - -

Capacidad de equipo (tons)Total 17.546Sensible 13.380Latente 4.166

Cantidad de agua drenada (kg/h)20.749

V i=mi∗v i60

Calculamos el caudal de insuflamiento con la formula una línea arriba nos sale el valor

Caudal de insuflamiento (CFM)7164.546

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ZONA 2 – OF 402


12.19 0.8199 11654.35052 0.00929

Pto. De Mezcla 16 - - 0.01Pto. X 14.95 - - -



Caudal de insuflamiento CFM5623.774

ZONA 3 – OF 403


12.41 0.8213 13976.35093 0.00965



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ZONA 4 – HALL


11.95 0.8191 2845.92 0.00914





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5. DISEÑO DE DUCTOS

Del acápite de Psicrometría obtenemos los caudales en cfm de cada equipo.

Caudal de insuflamiento CFM

ZONA 1 OF 401 7164.546ZONA 2 OF 402 5623.774ZONA 3 OF 403 6756.347ZONA 4 HALL 1372.059

ZONA 1 ZONA 2

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ZONA 3 ZONA 4

Estos son los ductos dimensionados.

D1(inch) D2(inch)ZONA 1 OF 401 20 50ZONA 2 OF 402 20 40ZONA 3 OF 403 20 50ZONA 4 HALL 20 12

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6. RESULTADOS.

CÁLCULO DE CARGA TÉRMICA

QS(BtuH) QL(BtuH) QT(BtuH) fcsZONA 1 OF 401 139322 15355 154677 0.901ZONA 2 OF 402 113963 20617 134580 0.847ZONA 3 OF 403 131575 17617 149192 0.882ZONA 4 HALL 29459 6115 35574 0.828

PSICROMETRÍA – CAPIDAD DE EQUIPOS.

QS(tons) QL(tons) QT(tons) Caudal de insuflamiento (CFM)

ZONA 1 OF 401 13.380 4.166 17.546 7164.546ZONA 2 OF 402 10.637 4.047 14.684 5623.774ZONA 3 OF 403 12.895 4.021 16.916 6756.347ZONA 4 HALL 2.776 1.082 3.859 1372.059

Ductos esta presentado en la hoja anterior.

7. CONCLUSIONES

Se obtuvo la carga térmica de los ambientes con valores muy parecidos en las oficinas ya que varían en pocas condiciones, también las áreas y usos son parecidos. En cambio sí hay variación con la zona 4, por el hecho de ser un Hall con corredores, que hemos tomado un solo ambiente.

En el cálculo de la capacidad de equipo nos salió mayor que el software Elite, ya que como lo habíamos mencionado tenía una Psicrometría básica. Con ayuda de la metodología enseñada en clase hemos dimensionado de mejor forma los equipos; también obtuvimos el datos de caudal de insuflamiento importante para el diseño de ductos

En el diseño de ductos, hemos tenido como criterio que la velocidad interna sea menor a 1200 pies por minuto, dimensionado con lados de 20 pulgadas como base.

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8. RECOMENDACIONES

Tener en cuenta el tipo de piso que se calculará (si es en primer piso, intermedio o último) para tomar en consideración el techo y suelo en el ingreso de los coeficientes de transferencia (Roof Type).

Considerar una hora de más en el horario de oficinas, en nuestro caso se comienza a las 8am y se culmina a las 6pm, a continuación consideramos una hora adicional.

Revisar la orientación de los muros y el flujo de calor que le es propio, para constatar que los valores ingresados de la tabla son los correctos.

En el caso de psicrometría es más sencillo hacer en una macro en Excel, ya que este proceso lo realizamos hasta 4 veces.

En el diseño de ductos hemos tomado como base las dimensiones de 20’’ para un cálculo preliminar.

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ANEXO 1

CUADRO DE ASISTENCIAS Y NOTAS

Reuniones:

Tema: Planteamiento de objetivos y responsabilidades Fecha: 03/10/2015Nombre Código Participación (%)Emilio R. Grandy Gonzales 20112601K 40Pablo C. Salas Cárdenas 20111248E 60

Tema: Análisis de la carga térmica Fecha: 03/10/2015Nombre Código Participación (%)Gustavo Armando Gamarra Horna 20114093B 60Pablo C. Salas Cárdenas 20111248E 40

Tema: Psicrometría Fecha: 17/10/2015Nombre Código Participación (%)Emilio R. Grandy Gonzales 20112601K 35Gustavo Armando Gamarra Horna 20114093B 65

Tema: Cálculos del ducto Fecha: 24/10/2015Nombre Código Participación (%)Emilio R. Grandy Gonzales 20112601K 30Gustavo Armando Gamarra Horna 20114093B 30Pablo C. Salas Cárdenas 20111248E 40

Tema: Redacción del documento final Fecha: 31/10/2015Nombre Código Participación (%)Emilio R. Grandy Gonzales 20112601K 30Gustavo Armando Gamarra Horna 20114093B 35Pablo C. Salas Cárdenas 20111248E 35

Cuadro de notas:

Nota de trabajo Fecha: 31/10/2015Nombre Código NotaEmilio R. Grandy Gonzales 20112601K 17Gustavo Armando Gamarra Horna 20114093B 17Pablo C. Salas Cárdenas 20111248E 17

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Documents

Monografia Final