Balance Termico

Balance térmico de una casa. Condiciones exteriores de cálculo:

35 ºC H.R. 50% xEXT. = 14,3 gr/ Kg aire seco

condiciones internas:

25 ºC H.R. 50 % Xint = 9,9 gr/ Kg aire seco

El cálculo se realizó para el mes de ENERO a las 15 Horas.

Determinación de las constantes: Pared de ladrillo común revocado de 30 cm de espesor: k = 1,71 Pared de ladrillo común revocado de 15 cm de espesor: k = 2, 66 Techos: losa con contrapiso, baldosas, cielo raso aplicado: k = 2,56 Vidrio común simple: k = 5,51 Puerta de madera de 4 cm de espesor: k = 2,5 Puerta de metal: k = 7 Piso: losa contrapiso, piso de madera, cielo raso aplicado: k = 1,64 Piso losa contrapiso, piso de baldosa, cielo raso r aso aplicado: k = 2,16

[k] = Kcal / h m2 ºC

Nomenclatura utilizada. NAC: ambiente no acondicionado. AC: ambiente acondicionado. EXT: exterior.  /: pared de 15 cm  //: pared de 30 cm

1

Balance térmico de verano. Calor sensible Habitación frontal oeste:

O

NAC // 

S

  / AC  /  EXT //   

/

AC

Característica: Ventana de 1,7 m x 1m, retirada 10 cm del borde exterior. Pisos de madera. Altura al techo 3,8 m. Medidas ver plano adjunto. Para transmisión el calor cedido es:

Q = Sup. x K x tequivalente. Pared exterior (S): Q = 10,84 m2 . 1,71 Kcal / h m2 ºC . 2,8 ºC tEQ

= 1,1 + 1,7 = 2,8 ºC

Q = 52 Kcal /h Vidrio Q = 1,7 m2 . 5,51 Kcal / h m2 ºC . 10 ºC

Q = 94 Kcal / h

2

Pared a local no acondicionado (O): Q = 13,81 m2 . 1,71 Kcal / h m2 ºC . (32  – 25) ºC

Q = 166 Kcal / h Techo: Q = 12,05 m2 . 2,56 Kcal / h m2 ºC . 21 ºC tEQ=

19,3 + 1,7 = 21 ºC

Q = 648 Kcal /h Personas (2): Q = 2 . 56 Kcal /h

Se consideran en reposo.

Q = 112 Kcal / h Radiación. Cálculo de sombra: Por tabla S1: ALTITUD 47,7

AZIMUT 261

De gráfico: Sombra de costado 3,8 cm /cm Sombra desde arriba 4,2 cm/cm Sombra por resalto = 3,8 . 10 = 38 cm Sombra desde arriba = 4,2 .10 = 42 cm

10 cm

10 cm

Radiación directa Q = 0,65 m2 . 49 Kcal / h m2 ºC . 1

Q = 32 Kcal /h

Planta

Elevación

Radiación indirecta. Q = 1,01 m2 . 43 Kcal / h m2 ºC . 1

Q = 44 Kcal / hs

3

Q HABITACIÓN OESTE = 1148 Kcal /h

Habitación Este: Algunos valores son idénticos a los de la habitación Oeste.

O

AC / 

S

/ AC EXT //  NAC  // NAC

Características ídem a la habitación Oeste.

Pared exterior (S): (ídem habitación oeste) Q = 52 kcal / h Vidrio (ídem habitación oeste) Q = 94 Kcal / h Pare a local no acondicionado (E): Q = 3, 87 m2 . 1,71 Kcal / h m 2 ºC . 7ºC

Q = 166 Kcal / h Techo (ídem oeste) Q = 648 Kcal / h Personas (2) Q = 112 Kcal / h

4

Pared posterior a local no acondicionado (N): Q = 6,31 m2 . 2,66 Kcal / h m 2 ºC . 7 ºC

Q = 118 Kcal /h Radiación (ídem oeste) Q = 76 kcal / h

Q HABITACIÓN ESTE = 1266 Kcal /h Pasillo

O

AC / 

S EXT //  AC / 

Características: Altura al techo 3,8 m. Pisos de baldosa. Puerta de madera espesor 4 cm uso poco frecuente.

Pared exterior (S): Q = 2,42 m2 . 1,71 Kcal / h m 2 ºC . 2,8 ºC tEQ

= 1,1 + 1,7 = 2,8 ºC

Q = 12 Kcal / h Puerta acceso (S): Q = 1,76 m2 . 2,5 Kcal / h m 2 ºC . 10 ºC

Q = 44 Kcal /h Techo Q = 4,02 m2 . 2,56 Kcal / h m 2 ºC . 21 ºC teq =

19,3 + 1,7 = 21 ºC

5

Q = 217 Kcal / h

Q pasillo = 273 Kcal / h Hall.

AC / 

O N AC /

// EXT

2 ventanas de 0,6 m x 0,8 m NAC /  Características: Tanto como para le hall, baño, cocina, living, dormitorio posterior y lavadero la altura al techo es de 3,2 m. Los pisos son de baldosas.

Pared al exterior (N): Q = 9,6 m2 . 1,71 Kcal / h m2 ºC . 5,6 ºC tEQ

= 3,9 + 1,7 = 5,6 ºC

Q = 92 Kcal / h Pared a local no acondicionado (E): Q = 9,28 m2 . 2,66 Kcal / h m 2 ºC . 7 ºC

Q = 173 Kcal / h Vidrio (N): Q = 0,48 m2 . 2 . 5,51 Kcal / h m2 ºC . 10ºC

Q = 53 Kcal / h

6

Techo: Q = 9,57 m2 . 2,56 Kcal / h m 2 ºC . 21 ºC tEQ

= 19,3 + 1,7 = 21 ºC

Q = 515 Kcal / h Radiación Q = 2 . 0,48 m2 . 125 Kcal / h m2

Q = 120 Kcal /h

Q hall = 953 Kcal /h Cocina living comedor.

NAC // 

AC /

/ AC

AC /

E

N

EXT

Puerta

Ventana

Características: puerta al exterior de chapa, ventana marco de acero con burlete.

Pared a local no acondicionado (O): Q = 26,08 m2 . 1,71 Kcal / h m2 ºC . 7ºC

Q = 313 Kcal / h

7

Pared al exterior (E): Q = 18,96 m2 . 2,66 Kcal / h m2 ºC . 9 ºC tEQ

= 7,3 + 1,7 = 9ºC

Q = 452 Kcal / h Ventana (E): Q = 3,6 m2 . 5,51 Kcal / h m2 ºC . 10 ºC

Q = 199 Kcal / h Puerta al exterior (E): Q = 1,76 m2 . 2,5 Kcal / h m 2 ºC . 10 ºC

Q = 123 Kcal / h Techo al exterior: Q = 22,82 m2 . 2,56 Kcal / h m2 ºC . 21 ºC

Q = 1227 Kcal / h Radiación Q = 3,6 m2 . 43 Kcal / h m2 . 1

Q = 155 Kcal / h

Q cocina living = 2469 Kcal / h

8

Dormitorio posterior

NAC // 

AC /

NAC / 

Ventana EXT / 

E

N

Pared a local no acondicionado (O): Q = 8 m2 . 1,71 Kcal / h m2 ºC . 7 ºC

Q = 96 Kcal / h Pared al exterior (E): Q = 5,3 m2 . 2,66 Kcal / h m2 ºC . 9 ºC

Q = 126 Kcal / h Vidrio (E): Q = 2,7 m2 . 5,51 Kcal / h m2 ºC . 10ºC

Q = 149 Kcal / h Pared a local no acondicionado (N) Q = 8,96 m2 . 2 ,66 Kcal / h m 2 ºC . 7 ºC

Q = 167 Kcal / h

9

Techo al exterior: Q = 7 m2 . 2,56 Kcal / h m2 ºC . 21 ºC

Q = 377 Kcal / h Radiación Q = 2,7m2 . 43 Kcal / h m2

Personas 1: Q = 56 Kcal / h

Q dormitorio = 1087 Kcal / h CALOR SENSIBLE TOTAL: Q = 1148 + 1266 + 273 + 953 + 2469 + 1087 QSENS = 7196 Kcal / h Considerando un 10 % más por pérdidas:

QSENS T = 7916 Kcal / h Calor latente Q = 5 personas . 56 Kcal / h x pers.

QLAT = 280 Kcal / h Calor por renovación del aire. En verano no se consideran infiltraciones. Cantidad de aire para renovación = 51 m3 / h pers. . 5 personas = 255 m3 / h QSENS Caudal estimado equipo =

7916 =

Cesp . Pesp . t

0,24 . 1,2 . 10

10

Caudal estimado equipo = 2749 m 3 / h El 10 % del caudal del equipo es 275 m 3 / h Como 275 > 255, entonces elegimos como caudal de renovación el 10 % del estimado del caudal del equipo. CREN = 275 m3 / h Calor sensible por renovación de aire: QSE = 0,29 . 275 m3 / h . (35  – 25) ºC

QSE = 798 Kcal / h Calor latente por renovación de aire: QLE = 0,71 . 275 m3 / h . (14,3  – 9,9)

Xext - Xint

QLE = 859 Kcal / h RESUMEN:

Calor sensible interior:

QSEN = 7916 Kcal / h

Calor latente interior:

QL

Calor sensible aire exterior

QSE = 798 Kcal / h

Calor latente aire exterior

QLE = 859 Kcal / h

CALOR TOTAL

QT = 9853 Kcal / h

= 280 Kcal / h

11

Balance térmico de invierno. Cuando se realizo el balance térmico de verano no se tuvo en cuenta el baño, para el balance de invierno se lo incluye.

Temperatura exterior: 0 ºC Temperatura de confort interior: 22 ºC t = 22 ºC No se tiene en cuenta las humedades relativas. Tampoco se considera las cargas aportadas por radiación, ni por las cargas de las luces mi de las personas. Para locales interiores no acondicionados se considera una temperatura de 11 ºC La forma de cálculo se realiza utilizando los valores obtenidos para verano dividiendo por la temperatura de verano y multiplicándolos por la temperatura de invierno.

QINV =

QVER: tVER.

. tINV

Habitación frontal oeste:

Pared exterior (S): Q = (52 / 2,8) .22

Q = 409 Kcal /h Vidrio (S): Q = (94 / 10) .22

Q = 207 Kcal /h Pared a local no acondicionado (O): Q =(166 / 7) . 11

12

Q = 261 Kcal / h Techo Q = ( 648 / 21) . 22

Q = 679 Kcal / h Piso sobre tierra Q = 12,05 m2 . 1,64 Kcal / h m2 ºC .(22  – 3 ) ºC

Q = 356 Kcal / h

Q habitación oeste = 1651 Kcal / h Habitación este:

Pared exterior (S): Q = (52 / 2,8) . 22

Q = 409 Kcal / h Vidrio (S) Q = (94 / 10) . 22

Q = 207 Kcal / h Pared a local no acondicionado (E): Q = (166 / 7 ) .11

Q = 261 Kcal / h Techo: Q = (648 / 21) . 22

Q = 679 Kcal / h Piso Q = 12,05 m2 . 1,64 Kcal / h m2 ºC . 19 ºC

Q = 356 Kcal / h

13

Q habitación este = 1912 kcal /h Pasillo

Pared exterior (S) Q = (12 / 2,8) . 22

Q = 95 Kcal /h Puerta exterior (S) Q = (44 / 10) .22

Q = 97 Kcal / h Techo Q = (218 / 21 ) .22

Q = 227 Kcal / h Piso Q = 4,02 m2 . 2,16 Kcal / h m 2 ºC . 19 ºC

Q = 157 Kcal / h

Q pasillo = 576 Kcal / h Hall

Pared exterior (N) Q = (92 / 5,6) .22

Q = 362 Kcal / h Vidrio Q = (53 / 10) .22

Q = 117 Kcal / h Techo Q = (515/21) .22

14

Q = 540 Kcal / h

Piso Q = 9,57 m2 . 2,16 Kcal / h m 2 ºC . 19 ºC

Q = 356 Kcal / h

Q Hall = 1375 Kcal / h Cocina living comedor

Pared a local no acondicionado (O) Q = (313 / 7). 11

Q = 492 Kcal / h Pared al exterior (E) Q = (452 / 9) .22

Q = 1111 Kcal / h Ventana (E) Q = (199 / 10) . 22

Q = 438 Kcal / h Puerta al exterior(E) Q = (123 / 10) .22

Q = 271 Kcal / h Techo al exterior Q = (1227 / 21) .22

Q = 1286 Kcal / h Piso Q = 22,82 m2 . 2,16 Kcal / h m2 ºC . 19 ºC

15

Q = 887 Kcal / h

Q cocina living = 4485 Kcal / h Baño

Pared exterior (N) Q = 4,96 m2 .1,71 Kcal / h m2 ºC .22 ºC

Q = 187 Kcal / h Pared a local no acondicionado (E) Q = 9,28 m2 . 1,71 Kcal / h m 2 ºC . 11 ºC

Q = 175 Kcal / h Vidrio Q = 0,36 m2 . 5,51 Kcal / h m 2 ºC . 22 ºC

Q = 44 Kcal / h Techo Q = 4,81 m2 . 2,56 Kcal / h m 2 ºC . 22 ºC

Q = 271 Kcal / h Piso Q = 4,81 m2 . 2,16 Kcal / h m 2 ºC . 19 ºC

Q = 187 Kcal / h

Q baño = 864 Kcal / h Dormitorio posterior

Pared a local no acondicionado (O) Q = (96 / 7) . 11

Q = 151 Kcal / h Pared al exterior (E) 16

Q = (126 / 9) . 22

Q = 310 Kcal / h Ventana (E) Q = (149 / 10). 22

Q = 328 Kcal / h Techo Q = (377/21) . 22

Q = 395 Kcal / h Piso Q = 7 m2 . 2,16 Kcal / h m2 ºC .19 ºC

Q = 273 Kcal / h

Q dormitorio = 1457 Kcal /h Pérdidas totales por transmisión:

QT = 12320 Kcal / h

Cálculo por infiltración. Ventanas de marco de acero con burlete : Ventana grande 8 m 3 / h m2 ventana Ventana pequeña 12,7 m3 / h m2

Dormitorios CI = 2 . 8 m3 / h m2 . 1,7 m2

CI = 27 m3 / h Hall CI = 2 . 12,7 m3 / h m2 . 0,48 m2

CI = 13 m3 / h Baño 17

CI = 12,7 m3 / h m2 . 0,36 m2

CI = 5 m 3 / h Living CI = 8 m3 / h m2 . 3,6 m2

CI = 29 m3 / h Dormitorio posterior CI = 8 m3 / h m2 . 2,7 m2

CI = 22 m3 / h Puerta de entrada (uso poco frecuente) CI = 36,7 m3 / h m2 . 1,76 m2

CI = 67 m3 / h Total caudal de infiltración: CIT = 163 m3 / h Más un 10 % para mantener presurizados los ambientes CIT = 180 m3 / h Q = 0,29 . 180 m 3 / h . 22 ºC

Q = 1149 Kcal / h Calor aire renovación. Q = 0,29 . 275 m 3 / h . 22 ºC

Q = 1755 kcal / h Pérdida total de calor QT = 12320 + 1149 + 1755

PÉRDIDA TOTAL DE CALOR QT = 15224 Kcal / h Física En este trabajose trata en forma resumida algunas condiciones a evaluar y las consideraciones a tomar en cuenta para diseñar proyectos de sistemas de Aire Acondicionado en locales comerciales. Se nombran además los diferentes métodos de cálculopublicados para este fin a nivel internacional incluyendo información sobre el método propuesto por la ASHRAE para utilizarse a partir del añ o 2001; finalmente se describen los pasos i ndicados en manual & N 8 publicado por la ACCA para el cálculo de cargas térmicas. INDICE

18

GLOSARIO 1. DEFINICIÓN DE CARGA TÉRMICA  2. INTRODUCCIÓN, INFORMACION GENERAL 3. CONSIDERACIONES 4. TASA DE FLUJO DE CALOR  5. CONSIDERACIONES INICIALES DE DISEÑO 6. MÉTODOS DE CALCULO 7. MÉTODO SELECCIONADO 8. DESARROLLO DEL MÉTODO CONDICIONES DE EVALUACIÓN CONDICIONES EXTERIORES DE DISEÑO MOMENTO DEL DÍA CON CARGA PICO DE ENFRIAMIENTO GANANCIA DE CALOR POR RADIACIÓNSOLAR A TRAVÉS DE VIDRIOS GANANCIA DE CALOR A TRAVÉS DE COMPONENTES ESTRUCTURALES CONCENTRACIÓN DE PERSONAS COMO BASE DE DISEÑO GANANCIAS DE CALOR ORIGINADAS POR EQUIPOS GANANCIA DE CALOR POR INFILTRACIÓN Y V ENTILACIÓN TIPOS DE INTERCAMBIO DE AIRE  VENTILACIÓN Y CARGAS TÉRMICAS  VENTILACIÓN Y CALIDAD DE AIRE GLOSARIO  ASHRAE Sociedad Americana de Ingeniería para Aire Acondicionamiento, Calefacción y Refrigeración, ASHRAE, es una organizacióninternacional con más de 50,000 personas en capítulos por t odas partes del mundo. Se organiza la Sociedad con el propósito de buscar avances en las ciencias y artes de la calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración, para el beneficio del público a través dela investigación, escritura de las normas, educacióncontinua y publicaciones.  ACCA  La ACCA representa a contratistas para aire ac ondicionado en Norte América, una asociación del comercio de los EE.UU. que interviene en el área de calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración. Estos Contratistas son compañías que diseñan, instalan, realizan mantenimiento y servicioa los sistemas HVACR. Los miembros de la ACCA  realizan trabajos para sistemas del generoresidencial, comercial, industrial, institucional y gubernamental. Su misión es asistir y ayudar a sus miembros a satisfacer sus clientes, a través del manejo de información técnica y educación; actuando recíprocamente con fabricantes, comerciantes y otros sect ores de la industria de HVACR. Como organización se forma en 1914. La ACCA tiene mas de 4.000 miembros y 64 organizaciones formadas en capítulo locales. CALOR SENSIBLE Y LATENTE Cuando aplicamos calor a una substancia y esta responde aumentando la temperatura estamos aplicando calor sensible. Cuando aplicamos calor a una substancia y esta no aumenta la temperatura pero si ca mbia de estado estamos aplicando calor latente. Pero para cambiar de estado un fluido evaporándolo se necesita muchisimo calor, Es te calor se llama calor latente de evaporación. ENTALPIA  En un cambio de estado se intercambian una cantidad de calor, que para calcularse muchas veces se recurre a la entalpi a, digamos que entalpia es como calor total... Cálculo de cargas térmicas DEFINICIÓN DE CARGA TÉRMICA: También nombrada como carga de enfriamiento, es la cantidad de energía que se requiere vencer en un área para mantener determinadas condiciones de temperatura y humedad para una aplicación especifi ca (ej. Confort humano). Es la cantidad de calor que se reti ra de un espacio definido, se expresa en BTU, la unidad utilizada comercialmente relaciona unidad de tiempo,  Btu/hr . INTRODUCCIÓN, INFORMACION GENERAL:  A través de años de trabajo, diversas c ompañías y organizaciones han evaluado múltiples factores requeridos para determinar l a cargas de enfriamiento en diversas aplicaciones. Cuando se utilizan estos factores para el calculo de cargas en espaci os y edifici os, lo importante es aplicar un  buen criterio para desarrollar algún procedimiento definido. Para realizar el estimado de la carga de enfriamiento requerida con la mayor exactitud posible en espaci os y edificios, las sig uientes condiciones son de las más importantes para evaluar: 

Datos atmosféricos del sitio.



La característica de la edificación, dimensiones físicas.



La orientación del edificio, la dirección de las paredes del espacio a acondicionar.



El momento del día en que la carga llega a su pico.



Espesor y características de los aislamientos.



La cantidad de sombra en los vidrios.



Concentración de personar en el local.



Las fuentes de calor internas.



La cantidad de ventilación requerida.

19

Existen diferentes métodos para calcular la c arga de enfriamiento en un área determinada, en c ualquier caso es necesario evaluar diversas características como las condiciones del lugar (condiciones atmosféricas), tipo deconstrucción y aplicación del espacio a acondicionar. CONSIDERACIONES Las variables que afectan el cálculo de cargas térmicas son numerosas, frecuentemente difí ciles para definir en forma precisa, y no siempre están en cada momento mutuamente relacionadas. Muchas variables de cargas de enfriamiento cambian extensamente en magnitud durant e un período de 24 horas. Los cambios de estas variables pueden producirse en momentos diferentes unos de otros, por ello deben analizarse detalladamente para establecer la carga de enfriamiento necesaria para un establecimiento o dividirse este en zonas. La necesidad de dividir un sistemaen zonas, origina mayor capacidad de carga de enfriamiento que un sistema total; pero permite manejar la carga para cada zona en su hora pico. En el cálculo de carga de enfriamiento, es determinante el uso de valores adecuados para aplicarlos en un procedimiento determinado. La variaci ón en los coeficientes de transmisión de calor de los materiales y montajes compuestos en edificio típicos, la forma de construcción, orientación del edificio y la manera en cual el edificio opera son algunas de las variables que imposibi litan un cálculo numéricamente preciso. Mientras que los procedimientossean usados en forma razonable por el diseñador para incluir estos factores, él cálculo es aceptado como correcto, pero todavía es solamente una estimación buena de la real carga de enfriamiento. TASA DE FLUJO DE CALOR: En diseño de aire acondicionado existen cuatro (4) tasas relativas de flujo de calor, cada una de las cuales varía en el tiempo y debe ser diferenciada: 1. 2. 3. 4.

 Aumento de calor del espacio Carga de enfriamiento del espacio Tasa de extracción de calor del espacio Carga del serpentin.

La ganancia de Calor Espacial (tasa instant ánea de aumento de calor) es la tasa a la cual el c alor entra y/o es generado internamente en un es pacio en un momento determinado. La ganancia de calor es clasif icada por (1) El modo en el cual entra en el espacio y (2) Si es una g anancia sensible o latente. Los modos de ganancia de calor pueden ser como (1) radiación solar a través de fuentes transparentes, (2) conducción de calor a través de paredes exteriores y techos, (3) conducción de calor a través de divisiones internas, techos y pisos, (4) calor generado en el espacio por los ocupantes, luces y  aplicaciones, (5) energía transferida como resultado de ventilación e infiltración de aire del exterior o (6) aumentos de calor misceláneos. La ganancia de calor es directamente agregada a espacios acondicionados por conducción, convención, radiación eventualmente el factor acumulación. CONSIDERACIONES INICIALES DE DISEÑO Para calcular la carga de enfriamiento de un espacio, se requiere información de diseño detallada d e la edificaci ón e información climática a las condiciones de diseño selecci onados. Generalmente, los siguientes pasos deben ser seguidos: Características de la Edificación. Obtenga las características de la Edificación. Materiales de construcción, tamaño de los componentes, colores externos de fuentes y formas son normalmente determinados a partir de los planos de la edificación y especificaciones. Configuración: Determine la ubicación, orientación y sombra externa de la edif icación a partir de los planos y especificaciones. La sombra de edi ficaciones adyacentes pueden ser determinadas por un plano del sitio o visitando el sitio propuesto. Su permanencia probable debe ser cuidadosamente evaluada de ser incluida en los cálculos. Condiciones Exteriores de Diseño: Obtenga información climática apropiada y seleccione las condiciones de diseño exterior. La condición climática puede ser obtenida de la estación metereológica local o del centro climático nacional. Condiciones de Diseño Interior: Seleccione las condiciones de diseño int erior tales como temperatura de bulbo seco interior, temperatura interior de bulbo húmedo y tasa de  ventilación. Incluya variaciones permisibles y límites de control. Rutina de Operación: Obtenga una rutina de iluminación, ocupantes, equipo interno, aplicaciones y procesos que contribuyan a incrementar la carga térmica i nterna. Determine la probabilidad de que el equipo de refrigeración sea operado continuamente o apagado durante períodos de no ocupación (ej. Noches  y/o fines de semana). Fecha y Tiempo: Seleccione el tiempo del día y el mes p ara realizar los cálculos de la carga d e enfriamiento. Frecuentemente varias horas del día y varios meses son requeridos. Consideraciones Adicionales: El diseño apropiado y el tamaño de los sistemas de aire acondicionado cent ral requieren más que el cálculo de la carga de enfri amiento en el espacio a ser condicionado. El tipo de sistema de acondicionamiento d e aire, energía de ventilación, ubicación del ventilador, pérdida de calor de los ductos y ganancia, filtración de los ductos, sistemas de iluminación por extracción de calor y ti po de sistema de retorno de aire, todos afectan la carga del si stema y el tamaño de los componentes. MÉTODOS DE CALCULO: La ashrae reconoce la vigencia de cuatro métodos de cálculo de cargas térmicas para seleccionar la capacidad de los equipos de aire acondicionado. Los cuales se nombran a continuación: Uno de los procedimientos mayor utilizados es el método de Función de Transferencia (tmf). Una versión simplificada de este método con aplicaciones para diferentes tipos de construcción fue publicado en el manual de fundamentos ashrae de 1977. 

Este método tiene como fundamento el estimar las cargas de enfriamiento hora por hora, predecir las condiciones del espacio para varios sistemas, establecer programas de control y programas de operación.

20



El método de función de transferencia (tfm) es aplicado para el c álculo de flujo unidimensional de transferencia de ca lor en paredes y techos soleados. Los resultados debido a las variaciones de construcción se consideran insignificantes, se si toman en cuenta la carga de los componentes normalmente dominantes. La ASHRAE (1988) generó factores de decremento efectivos de calor y períodos de retraso de tiempo para 41 diferentes tipos de pared y 42 tipos de techo, que son presentados para utilizarse como coeficientes de función de tr ansferencia. El método de "Cálculo de Cargas por Temperatura Diferencial y Factores de Carga de Enfriamiento" (cltd/clf). Es el método que debe ser aplicado al considerarse como la primera alternativa de procedimiento de cálculo manual.



El método de Temperatura Diferencial para Carga de Enfriamiento es simplifi cado, por utilizar un factor "U" para calcular la carga de enfriamiento para techos y paredes, presentando resultados equivalentes. Así, la ecuación básica para carga de enfriamiento en superficies exteriores es: q = U * A (cltd).



El método de cálculo de carga por temperatura diferencial se basa en la suposición de que el flujo de calor a través de un techo o pared puede ser obtenido por multiplicar la temperatura diferencial (exterior - interior) por los valores tabulados "U" de techos y paredes, respectivamente. Otro procedimiento usado para el cálculo de cargas térmicas es el de "Valores de Temperatura Diferencial Total Equivalente y Tiempo Promedio" (tetd/ta). La primera presentación de este método se hizo en el manual de f undamentos ashrae de 1967, este procedimiento es recomendado para usuarios experimentados.



Para calcular la carga de enfriamiento de un espacio usando la convención del tetd/ta, apl ican los mismos procedimientos generales empleados para el tfm. El cuarto método publicado es un capitulo especial de cltd/clf, utilizado para cálculo de cargas en residencias. El aplicar el procedimiento TETD/TA en forma manual, especialmente el cálculo de promedio de tiempo, resulta tedioso en la práctica. Este hecho más el interés creciente en el TFM condujo a la ASHRAE a d esarrollar el proyecto de investigación RP-158, con el objetivo original de comparar las diferencias y similitudes entre estos métodos (TEDT y TFM), para establecer un procedimiento común para ambos. Se obtuvieron técnicas automatizadas, que al utilizar el TETD/TA provee resultados aproximados a la precisión del TFM con menor esfuerzo en cuanto a cómputos se refiere. La técnica del CLTD evoluciona como una operación manual que involucra menos cálculos matemáticos y reemplaza el procedimiento de TETD/TA, para cálculos manuales; pero requiere el uso de tablas de factores precalculados. Proyectos de investigación subsiguientes (ASHRAE 1984, 1988) aclaran el alcance de aplicación efectiva de los factores utilizados para el método de CLTD.  Actualmente está en desarrollo la "Aprobación experimental del Cálculo de Cargas térmicas por Balance de Calor / RTS (1117TRP)" Motivo para el desarrollo de este trabajo experimental Motivado a que el Manual actual de Normas de la ASHRAE, en el Capítulo 28 incluye la discusión de cuatro metodologías de cálculo de cargas térmicas (Equilibriode Calor, TFM, CLTD/CLF y TETD/TA) está confundiendo a los usuarios del Manual, la ASHRAE ha sometido una Propuesta de la Investigación para desarrollar un método alternativo de cálculo de ganancias de calor bajo el Título "Aprobación experimental del Cálculo de Cargas térmicas por Balance de Calor / RTS (1117-TRP)". El Equilibrio de Calor (HB) es el método científic amente más riguroso. En la descripción de este método en el Manual de Fundamentos ASHRAE del año 2.001 se extenderán totalmente en el procedimiento. Un nuevo y único método simplificado, el RTS (Serie de Tiempo Radiante), derivado del método de equilibrio de calor, también será incluido en el Manual. Todos los otros métodos simplificados (TFM, CLTD/CLF, y TETD/TA) quedarán anulados en este manual. El proyecto de investigación ASHRAE 875 (RP-875) ha documentado el método de HB y ha desarrollado el Método de RTS. Los resultados han estado impresos en una nueva publicación de ASHRAE titulado, " PRINCIPIOS de CALCULO de CARGA." Se usarán datosde este proyecto para hacer revisiones posteriores al Manual de Fundamentos de año 2.001. Este cambio en metodologías será la culminación de 20 años de investigación y debate de la ASHRAE. Casi todos estas investigaciones son basadas en simulaciones de computadoras. El proyecto "Aprobación experimental del Cálculo de Cargas térmicas por Balance de Calor / RTS (1117-TRP)" proporcionará la aprobación del método, debido a que ninguna aprobación experimental de gran potencia hasta ahora a tenido la completación del método. Justificación.  Aunque los principios de ganancias de calor incluyeron en el método de equilibrio de calor bien conocido, ningún edifici o se ha construido basado en cálculos que usan ese método. Para lograr aceptación extendida del nuevo, las met odologías entre practicar una serie de experimentos deben completarse medidas de carga térmicas. La aprobación experimental requiere que proporcione evidencia de confianza en edificios, bien al diseñador que usa este procedimiento del cálculo de carga para la pr imera vez. Los análisis de sensibilidad dirigi eron como la parte de este proyecto ayudará a todos los diseñadores a entender el impacto de las decisiones hicieron rutinariamente c omo parte de la carga que estima un proceso. Objetivo El objetivo de este proyecto es proporcionar aprobación experimental del equilibrio de calor y la serie de ti empo radiante a la metodología de cálculo de cargas térmicas y para mantener la i nclusión de datos en el Manual de Fundamentos. Cronograma Este esfuerzo es crítico al proceso de la revisión para Capítulo 28 del Manual de Fundamentos. La aprobación debe estar c ompleta a su debido tiempo para la inclusión de resultados preliminares y dirección en ese capítulo. Basado en esta necesidad, el cronograma esti mado por la ASHRAE es el siguiente: Enero, 2000, Resultados del informe de Literatura e Investigación. Finalización de cualquier modificación necesaria para aprobar el plan construcción del modelo. Mayo, 2000, Completar la construcción del edificio de prueba e inicio de pruebas. Junio, 2000, Revisar progreso de las pruebas y análisis de resultados en Reunión del contratista con representantes de la ASHRAE. Septiembre, 2000, Culminar las Prueba. Octubre, 2000,

21

Informe de resultados del proyecto y comparación con cálculos de "equilibrio de calor y RTS". De esto depende la entrada al Capítulo 28 del proyecto. Enero, 2001, Presentación y aprobación del documento técnico y metodológico, y revisión con representantes de la ASHRAE. Enero, 2001, Revisiones finales al Manual capítulo 28 aprobado. La aprobación experimental y el análisi s de sensibilidad se estima pueda t omar aproximadamente 24 persona/mes de esfuerzo. MÉTODO SELECCIONADO: En este trabajo se desarrollara un procedimiento para el c álculo de las ganancias de c alor en locales comerciales que pueden utilizar equipos y  sistemas de aire acondicionados unitarios. El procedimiento no es utilizable para el caso de g randes edificios en los que se rec omiendan sistemas centrales. La información se basa en el manual N publicado por la ACCA, que es un procedimiento reconocido como válido por la ASHRAE, siendo equivalente al método de "Cálculo de Cargas por Temperatura Diferencial y Factores de Carga de Enfriamiento" (cltd/clf). El objetivo de este trabajo es establecer los siguientes puntos: 1. El significado de los términos utilizados en el cálculo de cargas térmicas para Aire Acondicionado. 2. Las condiciones de diseño interiores y exteriores. 3. Los requisitos de una ventilación adecuada. 4. Los procedimientos y factores a utilizar en el cálculo de las cargas de enfriamiento. El procedimiento debe ser interpretado como un conjunto de prácticas recomendadas. DESARROLLO DEL MÉTODO: Carga de diseño Carga impuesta en el equipo mientras este mantiene las condiciones interio res de diseño y cuando las c ondiciones exteriores de temperatura y  humedad están dentro de lo especificado. Condiciones interiores de diseño Son la temperatura interior de bulbo seco y la humedad relativa interior, especif icadas para el cálculo de una carga de diseño. CONDICIONES DE EVALUACIÓN: 1)Condiciones exteriores de diseño Son la temperatura exterior de bulbo seco y la humedad relativa exterior del ambiente donde se requiere calcular la carga de di seño. Los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), deben contrarrestar las fuerzas del tiempo cuando la t emperatura al aire libre (temperatura del ambiente exterior) o humedad se mueve en un rango aceptable en favor de la seguridad y comodidad (confort). Por consiguiente, un entendimiento claro del comportamiento del tiempo es útil para diseñadores y operadores d e estos sistemas. Limitaciones en esa c omprensión son a menudo la raíz de problemas, que envuelve calidad del aire interior pobre y det erioro prematuro de la edificación y del equipo. Ingenieros, técnicos de servicio y operadores de la construcción constantemente analizan y localizan fallas en problemas normales de sistemas HVAC (siglas en ingles). A menudo, conocer las condiciones del tiempo presentes y recientes pueden ayudar a explicar la causa de un problema, y  lleva a una rápida solución. Recientemente, el World Wide Web (mundo virtual en internet) ha llegado a ser una fuente para observaciones actuales. Uno de los desafíos más grandes para un di señador consiste en la total comprensión del clima en una localidad desconocida, el conocimientoacerca del comportamiento del clima local está menos disponible para el d iseñador en localidades remotas, a veces con c onsecuencias costosas. Un procedimiento standard para seleccionar equipo de refrigeración para un restaurante en Chicago no aplicaría para el mismo restaurante establecido en Puerto Rico, con carga latente diez veces más grande. Como información general, este dato puede tomarse de observatorios climatológicos locales que contengan esta información como base de datos a lo largo de los años, sin embargo, una de las publicaciones internacionales con mayor información al respecto es el manual de fundamentos de la  ASHRAE que en la edición de 1.997 en capitulo 26, incluye parte esencial de los resultados del proyecto de investigación890-RP de la ASHRAE, que definió nuevas condiciones pico de dis eño para equipos viscoso. La revisión y extensión de la i nformación representa un progreso signi ficativo sobre la información antigua contenida en el manual de 1.99 3, algunas de las cuales se obtuvo por medio de interpolación de gráficas de un lapso de tiempo tan pequeño como cinco años de datos. El manual de 1.997 refleja la intención d e la sociedad de hacer una organización más internacional. La cobertura fuera de los Estados Unidos y  Canadá han extendido desde 243 localidades a 801, desdichadamente, algunas localidades previamente listadas quedaron fuera en el manual nuevo, motivado a que datos recientes disponibles a la ASHRAE para e sas localidades no coincidi eron con las normas nuevas uniformes para integridad, a lo largo de sus períodos de registro. En los datos contenidos en el manual 1993 y en ediciones más antiguas se estimó en momentos diferentes usando metodología di ferente. Por ejemplo se basó la información en el extremo para la estación de l verano la cual consta de junio, julio y agosto. Para asegurar uniformidad para cálculos mundiales, en el de 1.997 los datos se basan en extremos anuales en lugar de estacional o picos de un solo mes. Por ejemplo manuales anteriores mostraron que la temperatura de bulbo seco excede en 1% de las horas durante los perí odos del verano. Ahora, las del manual de 1.997, muestra que la temperatura se excede en 0.4% de las observaciones para el año completo. Igualmente, el viejo 99% de bulbo seco de la estación invernal para calentamiento se ha substituido por el nuevo 99.6%  valor del anuario. Los porcentajes de 0.4, 1 y 2.5% para enfriamiento y 99.6% y 99% para calefacción se eligi eron porque producen valores que, para la mayoría de las estaciones, corr espondió estrechamente al extremo estacional más antiguo. Así los valores del anuario nuevos son cerc anos, pero raramente el mismo como el extremo estacional antiguo. El usuario puede esperar que resulten más variaciones de los métodos de cálculo diferentes en lugar de cua lquier cambio del clima significativo. Esta metodología nueva es especialmente útil a la luzde los compromisos de la ASHRAE para con sus miembros internacionales en climas tropicales en densas poblaciones. Las estaciones verano e invierno cerca del ecuadorsuceden durante meses diferentes comparado a estaciones en localidades continentales como Canadá y Argentina. Por eso, anuarios en lugar de cálculos estacionales son más adecuados por una uniforme metodología mundial. Datos del tiempo característico de cada hora para localidades fuera de los Estados Unid os, Canadá y Europa no están fácilmente disponibles al dominio público. Como un sustituto para datos característicos, las Observaciones Internaci onal Superficiales del Tiempo (INSWO) contiene registros actuales de cada hora para 1,500 sitios, que están disponible a través del Ce ntro Nacional de Datos climáticos de U.S. además, algunos programas (software) comercialmente disponibles para el análisis de la energía para construcción incluyen 8,760 horas de registros actuales para localidades Latinoamericanas y asiáticas incluidos en el programa, pero estos datos patentados no están disponibles c omo archivos separados. Una investigación en desarrollo por la ASHRAE contendrá regist ros típicos de cada hora para 200 localidades no norteamericano y se publicarán dentr o de dos años. Extremos de Humedad Correctos.

22

 Algo sorprendente (quizá a causa del énfasis en c ontrolar temperatura en lugar de humedad), los manuales de la ASHRAE anteriores a 1.997 no incluyeron descripción de datos extremos de humedad. El de 1.993 y los manuales anteriores mostraron sólo el promedio de la humedad durante períodos de temperatura extrema. Esos valores no representan la humedad extrema, que ocurre a temperaturas moderadas durante temporales o durante la mañana cuando el rocío se evapora. La mala impresión o información sobre la humedad produjo que en la temperatura superior a menudo era bastante sig nificante el margen de error. Se puede ver un ejemplo en la inscripción por Huntsville, Ala.. La temperatura pico de bulbo seco es 94°F (34.4°C) c on un promedio de temperatura de bulbo húmedo (MWB) de 75°F (23.9°C). Esos valores pico de bulbo seco producen la impresión que la relación de la humedad extrema es 14.3 gr./Kg. De hecho, la humedad del pico real es muy superior a 19.3 g/ kg., por tener un 0.4% en las columnas del punto del rocío. Estas columnas también muestran que la humedad pico ocurre a un promedio de temperatura de bulbo seco (MDB) de 83°F (28.3°C) en lugar de a 95°F (35°C). Esto representa una reducción significante en la relación del calor sensible para un es piral refrescante del aire externo, y probablemente sugiere una selección del equipo diferente para tales aplicaciones. Contar con datos correctos de la humedad pico debe significar mejorías en los equipos y sistemas para la deshumidificación. 2) MOMENTO DEL DÍA CON C ARGA PICO DE ENFRIAMIENTO Este momento no es detectable fácilmente, ya que los componentes principales de la carga de enfriamiento no se dan al mismo tiempo. La carga máxima de temperatura exterior se toma como las 3:00 p.m., la máxima ganancia so lar a través de vidrios llega a cualquier hor a desde la 7:00 a.m. hasta las 5:00 p.m., dependi endo de la orientación geográfica. Las gan ancias de calor internas pueden llagar a su pico en cualquier momento. Se hace necesario entonces efectuar un cálculo de las ganancias de calor en varios puntos a lo largo del día para poder determinar el pico máximo de la carga de enfriamiento. Debido a la variedad de factores que influyen en el c álculo de la carga pico, es recomendable que en los casos en que haya alguna duda; se c alcule la carga para varias horas. Un aspecto importante del cálculo de cargas de enfriamiento a horas diferentes de las 3:00 p.m. y que algunas veces es obviado, es la corrección que debe hacerse a la temperatura exterior de diseño de bulbo seco para cada momento del día en particular. Obviamente si l a máxima temperatura exterior de bulbo seco se presenta todos los días a las 3:00 p.m., en c ualquier otro momento debe ser menor. Por consiguiente, la temperatura interior y la exterior de bulbo seco a otras horas distintas de las 3:00 p. m. será menor que en las condiciones de diseño que se presentan a las 3:00 p.m. Las correcciones no solamente afectan la diferencia de temperatura de exterior a interior, sino también las diferencias totales equivalentes en las temperaturas de paredes y techos. 3) GANANCIA DE CALOR POR RADIACIÓN SOLAR A TRAVÉS DE VIDRIOS Fenestraje o ventanaje se refiere a cualquier abertura vidriada en la envoltura de la edificación. Los componentes del fenest raje incluyen: (1) Material vidriado ya sea vidrio o plástico. (2) Marcos, divisiones, etc. (3) Dispositivos externos de sombreado. (4) Dispositivos in ternos de sombreado. (5) Sistemas integrales de sombreado (entrevidrios). El diseñador debe considerar los siguientes factores a la hora de seleccionar ventanas: (1) arquitectónicas: identificando las opciones de diseño y su capacidad de lograr conservación de energía, incluyendo el posible uso de iluminación eléctrica y luz del día con controles para reducir la luz eléctrica automáticamente cuando la luz del día esté disponible; (2) Térmic o: Diseñando para pérdidas de c alor y/o ganancia para el confort de los ocupantes y conservación de la energía. (3) Económico: evaluando los costos y los costos de ciclos de vida de los diseños de ventanas alternativas. (4) La necesidad humana determinando el deseo psicológico o la necesidad física para ventanas y los estándar de iluminación apropiada para el proyecto de uso del espacio, para el confort de los ocupantes y aceptación. Sombreado de ventanas con aleros Cuando una ventana está sombreada con un alero, la porción del vidrio que no rec ibe el sol está sujeta a la mínima ganancia de c alor solar que recibe una ventana según la tabla de "Ganancias de calor por radiación solar a través de vidrios", del manual N publicado por la ACCA. 4) GANANCIA DE CALOR A TRAVÉS DE COMPONENTES ESTRUCTURALES La conducción es el modo de transferencia d e calor por el cual se verifica un i ntercambio de energía desde una región de alta tem peratura hacia otra de baja temperatura, debido al impacto cinético o directo de moléculas. La ley de fourier de la conducción de calor establece que la rapidez de flujo por conducción en un sentido dado es proporcional al gradiente de temperatura en ese sentido y al área normal a la direc ción del flujo de calor. Es decir, el flujo de calor en la dirección x, qx, está dado por la ecuación: qx= k.A (¶ T/¶ x) Donde A es el área normal al flujo de calor, ¶ T/¶ x es el gradiente de temperatura y k es la conductividad térmica del material. El calor fluye por conducción térmica,y su valor es expresado por la ecuación: Q = U * A * DT; esta es la misma ecuación defini da en laley de fourier de la conducción de calor para calcular la rapidez de flujo por conducción. Donde: Q= velocidad a la que el calor pasa a través de un componente en Btu/hr. U= factor general de transmisión de calor para el componente estructural en Btu/hr por pie2 por grado F de diferencia de temperatura entre la superficie exterior y la superficie interior del componente. (Btu/hr.pie2 .°f).  A= área del componente estructural que queda expuesto a la temperatura interior y la temperara exterior en pie2. DT= diferencia de temperatura entre el interior y el exterior en grado Fahrenheit. Para el cálculo son utilizadas las tablas que contienen los Factores de transmisión de calor (valores U) para vidrios, paredes, techos y pisos comúnmente utilizados en construcción, del manual N publicado por la ACCA. Diferencias equivalentes de temperaturas Es muy importante tener en cuenta la diferencia de temperatura equivalentes, que se aplican a paredes y techos; efectos de la radiación solar, efec to de retardo o efecto de almacenamiento y diferencias en la temperatura del aire. Esta diferencia de temperatura se produce realmente por la acción simultánea de la Conducción, radiación y convección, se muestran en las tablas " Diferencias de temperaturas equivalentes para paredes sombreadas y soleadas" y " Diferencias de temperaturas equivalentes para ganancias de calor a través de techos planos". Estos factores dan las d iferencias de temperaturas equivalentes para varios tipos de construcci ones en distintos momentos del día para techos y paredes respecti vamente, estan incluidas en el del manual N publicado por la ACCA. . 5) CONCENTRACIÓN DE PERSONAS COMO BASE DE DISEÑO Las personas que ocupan el espacio que debe ser acondicionado contribuyen con cantidades importantes de calor sensible y calor latente, que aumenta la carga total de enfriamiento de dicho espacio.

23

El cálculo debe basarse en el número promedio de personas dentro d el espacio durante el periodo de la máxima carga d e enfriamiento de diseño. La cantidad de calor debida a las personas, que va a aumentar la carga total de enfriamiento, debe estar de acuerdo a la actividad desarrollada por estás personas como indica la Tabla " Ganancias de calor por persona". La tabla publicada en el manual N de la ACCA titulada "Concentración de  personas estimados" muestra valores estimados en pies cuadrados por personas para ser usados cuando no se disponga de datos mas exactos. 6) GANANCIAS DE CALOR ORIGINADAS POR EQUIPOS INSTALADOS EN EL INTERIOR DE UN ESPACIO A ACONDICIONAR  Entre las fuentes de calor dentro del esp acio que será condicionado están las luces, las maquinas deoficina, equipos de computación, los electrodomésticos y los motores eléctricos. La tablas anexas que muestran la ganancia de c alor generada por algunos de estos aparatos son, "Ganancias de calor por motores eléctricos" y "Ganancias de calor por electrodomésticos" y "Ganancias de calor generado por equipos de oficinas", del manual N publicado por la ACCA. Cuando los equipos que producen calor están cubiertos por una campana de extracción, debe calcularse la carga adicional debid a al aire fresco que se debe introducir para compensar el aire extraído por la campana. Esto se calcula en la s ecuencia de Ganancias de c alor por infiltración y   ventilación. Con respecto al alumbrado, el mismo constituye una fuente de calor sensible. Este c alor se emite por radiación, convecci ón y conducción. Un porcentaje del calor emitido por radiación es absorbido por los materiales que rodean el local, pudiendo también p roducirse estratificación del calor emitido por convección. Las ganancias de c alor reales se determinan aplicando los valores mostrados en la tabla " Ganancias debidas al alumbrado". Las lamparas incandescentes transforman en luz un 10% de la energía absorbida, mientras el resto la transf orman en calor que se disipa por radiación, convección y conducción. Un 80% de la potencia absorbida se disipa por radiación, y solo el 10% restante por conducción y conducción. Los tubos fluorescentes transforman un 25% de la energía absorbida en luz, mientras que otro 25% se disipa por radiación hacia las paredes que rodean el local, y el resto por conducci ón y convección. Debe tenerse en cuenta, además, el calor emiti do por la reactancia o resistencialimitadora, que representa un 25% de la energía absorbida por la lampara. Tabla Ganancias debidas al alumbrado TIPO

GANANCIA DE CALOR SENSIBLE EN BTU/HR

Fluorescente

Potencia útil en vatios x 4,1

Incandescente

Potencia útil en vatios x 3,4

Generalmente la placa de identificación de los equipos darán la información necesaria para obtener el d ato aproximado del calor generado por el aparato. En la placas que se especifique la potencia consumida, esta se puede tratar del mismo modo que las luces incandescentes, multiplicando los  vatios por 3,4 para obtener Btu/hr. Si lo especifi cado es la potencia del motor, puede usarse la tabla "Ganancias de calor por motores eléctric os" para obtener Btu/hr. Si solo se especifican el voltaje y los amperios consumidos a plena carga, se multiplica el voltaje por el amperaje por un factor de utilización razonable (se recomienda 0,6 para motores pequeños y 0,9 para motores grandes) y por 3,4 para obtener Btu/hr. E n todos los casos, aplique un factor de utilización. 7) GANANCIA DE CALOR POR INFILTRACIÓN Y VENTILACIÓN El aire del exterior que fluye a través de una edi ficación, ya sea como aire de ventilaci ón, o no intencionalmente como infiltraci ón (y exfiltración) es importante por dos razones. El aire del exteri or es utilizado muchas veces para diluir contaminantes en el air e del interior y la energía asociada con calentamiento o enfriamiento de este aire exterior es una sig nificativa carga de relación espaci o - acondicionamiento. La magnitud de estos valores de flujo de aire debe ser conocida a máxima carga para calcular adecuadamente el tamaño de equipo y en condici ones promedio, estimar adecuadamente el consumo de energía promedio y estacionario. Deben conocerse también los valores de intercambio de aire para asegurar un adecuado control de los niveles de contaminantes en el interior. En grandes edificaciones deben ser determinados el efecto de infiltración y   ventilación en distribución, y los patrones de flujo de aire interzonal, los cuales incluyen patrones de circulación de humo en caso de incendio. El intercambio de aire entre el interior y las afueras está dividido en: ventilación (inte ncional e idealmente controlada) e infiltrac ión (no intencional  y descontrolada). La ventilación puede ser natural y forzada. La ventilación natural: es un flujo de aire s in energía a través de ventanas abiertas, puertas y otras aberturas intencionales de una edi ficación. La ventilación forzada: es intencional, es un i ntercambio de aire propulsado por un ventilador y con ventanillas de toma y descarga o escapes que son especialmente designadas e instaladas para ventilación. La infiltración, es flujo de aire no controlado a través de grietas, intersticios y otras aberturas no intencionales. Infiltración, exfiltración y flujo de  ventilación natural son causados por diferencias de presión debido al viento, diferencia de temperatura interior – exterior y operaciones de aplicaciones o dispositivos. Este trabajo, se enfoca en residencias y pequeñas edificaciones comerciales en las cuales el i ntercambio de aire es debido pr imeramente a infiltración. Los principios físicos también son discutidas en relación a grandes edificaciones en las cuales el intercambio de aire depende más de  ventilación mecánica que en el rendimiento de la envoltura de la edificaci ón. TIPOS DE INTERCAMBIO DE AIRE Los edificios tienen tres diferentes modos de intercambio de aire: (1) ventilación forzada; (2) ventilación natural (3) infiltración. Estos modos difieren significativamente en como ellos afectan la energía, la calidad del aire y el confort térmico. También ellos difieren en la habilidad de mantener una cuota de intercambio deseada. La cuota de intercambio de aire de una edificación en un momento dado generalmente incluye los 3 modos y todos ellos deben ser considerados aunque uno de ellos sea e l predominante. La cuota de intercambio de aire asociada con si stemas de ventilación forzada depende en la taza de flujo de aire en los siste mas de ventilación, de la resistencia al flujo de aire asociada con los sistemas de distribución, de la resistencia del flujo de aire entre las zonas del edificio y el hermetismo de la envoltura del edificio. Si alguno de estos fac tores no está a nivel de diseño o no esta propiamente calculado, la taza o cuota de interc ambio de aire del edificio puede resultar diferente de sus valores de diseño. La ventilación forzada proporciona el mayor potencial para el control de la cuota de intercambio de aire y la distr ibución de aire dentro de una edificación a través de un diseño adecuado. Un sistema de ventilación forzada ideal tiene una c uota suficiente de ventilación para controlar los niveles de contaminante en el interior y a la misma vez evita la sobreventilación, adicionalmente mantiene un buen confort térmico. La ventilación forzada es generalmente obligatoria en grandes edificaciones, donde una mínima cantidad de aire exterior es requerida para la salud  y confort de los ocupantes y donde los sistemas mecánicos de expulsión aconsejables son necesarios. La ventilación forzada generalmente no es utilizada en residencias o en otro tipo de estructuras con envolturas. Sin embargo, edificaciones más herméticas requieren mayores sistemas de  ventilación para asegurar una adecuada cantidad de aire e xterior para mantener una aceptable calidad de aire int erior. La ventilación natural a través de aberturas intencionales es causada por presiones del viento y diferencias de temperaturas interior – exterior. Flujo de aire a través de ventanas y puertas u otras aberturas de diseño pueden ser utilizadas para proveer una ventilación adecuada para diluir contaminantes y controlar temperaturas. Aperturas no intencionales en la envoltura de la edificación y la infiltración asociada puede interferir con los patrones de distribución de aire d e ventilación natural deseada y cargas mayores que la tasa d e diseño de flujo de aire. La ventilación natural algunas veces incluye infiltración.

24

Infiltración es flujo de aire desc ontrolado a través de aberturas no intencionales producidas por vientos, diferencia de temperaturas y presiones inducidas de aplicación. Infiltración es menos confiable de proveer ventilación adecuada y distribución, ya que este depende de condiciones climáticas y la distribución de aberturas no intencionales. Es la fuente principal de distribución, en edificios de envolturas dominante y también es un factor importante en edificaciones ventiladas mecánicamente.  VENTILACIÓN Y CARGAS TÉRMICAS El aire exterior introducido en una edifi cación forma parte de la carga de ac ondicionamiento del espacio, la cual es una razón para l imitar la cuota de intercambio de aire en las edifi caciones a un mínimo requerido. El intercambio de aire tí picamente representa de un 20% a un 40 % de la carga térmica de la edificación. El intercambio de aire incrementa la carga térmica de una edificación de 3 maneras: La primera, el aire entrante debe ser calentado o enfriado desde la temperatura del aire exterior a la temperatura del aire interior. La tasa de consumo de energía esta dada por q s = carga de calor sensible bth/hr, Donde Q = tasa de flujo de aire, cfm. e = densidad de aire, lbm/ft3 (aprox. 0.075) c p = calor específico del aire, Btu/lbºf (aprox 0.24) D t = diferencia de temperatura interior – exterior, º F. Segundo, el intercambio de aire incrementa el contenido de humedad, particularmente en verano y en algunas áreas cuando el ai re húmedo del exterior debe ser deshumidificado. El consumo de energía asociada con estas cargas está dado por:

Donde: q1 = carga de calor latente, Btu/h H fg = calor latente de vapor a la temperatura del aire apropiado, Btu/lbm (aprox. 1.000) D W = radiode humedad de aire interior menos el radio de humedad del aire exterior, lbm agua/ lbm aire seco. Finalmente el intercambio de aire puede incrementar la carga en una edificación, disminuyendo el rendimiento del sistema de envoltura o aislamiento. El aire fluyendo alrededor y a través del aislamiento puede incrementar la tasa de transferencia sobre las tasas de di seño. El efecto de dicho flujo de aire en el rendimiento de l sistema de aislamiento es difíci l de cuantificar, pero debe ser considerado. El flujo de aire en el sistema de aislamiento puede disminuir también el rendimiento del sistema d ebido a la humedad condensada dentro y sobre el aislamiento.  VENTILACIÓN Y CALIDAD DE AIRE Los requerimientos del aire exterior han sido discutidos por más de un siglo, y dif erentes estudiosos han producido estándares de ventilación radicalmente diferentes (Klauss et al 1970, Yaglou 1936, 1937). Las consideraciones han incluido l a cantidad de aire requerida para remover aire exhalado y para controlar la humedad interior, dióxido de carbono (CO2) y olor. El mantenimiento de los niveles de dióxido de carbono (CO2) es un criterio común para determinar la cuota de ventilación. Una concentración típica exterior del CO2 es 0.03 %. El estándar 62 de la ASHRAE especi fica la tasa de ventilación requerida para mantener una aceptable calidad del aire interior para una variedad de usos de espacios. La forma contiene un requerimiento básico de 15 cfm de aire exterior por persona basado en un límite de concentración de CO2 de 0,1 %. Mientras una persona de salud normal tolera 0.5 % de CO2 si n síntomas desagradables (Mc. Hattie 1.960) y los submarinos algunas veces operan con 1% de CO2 en la atmósfera a nivel de 0.1 % pr ovee un factor de seguridad para actividad conti nua, carga de ocupación inusual, ventilación reducida y control de olores.  Alternativamente la norma 62 puede ser completada manteniendo la concentración de ci ertos contaminantes dentro de los límites prescritos por la norma, por medio de la combinación de control de fuentes, tratamiento del aire y ventilación. En caso de fuentes contaminantes de alto nivel, impracticamente se requieren altos niveles de ventilación para controlar los niveles de contaminación, ya que otros métodos de control son más efectivos. Una efectiva forma de control es la r emoción o reducción de fuentes contaminantes, otra alternativas es especificar materiales de construcción con bajas cuotas de emisión de contaminantes. Selladores pueden ser utilizados en algunas situaciones para prevenir entrada de gases. Ventilación del lugar como ventanillas del baño, rejillas para controlar una fuente determinada es también efectiva. Las partículas pueden ser removidas por medio de filtros de aire. Gases contaminantes con mayor peso molecular pueden ser con troladas con carbón activo, con pelotillas de alúmina impregnadas con sustancias como permanganato de potasio. El capítulo 10 del volumenHVAC de 1.988 tiene información sobre la limpieza del aire. La norma 62 permite que el aire limpio sea sustituido por aire d el exterior. La cuota de circulación debe incrementarse pero debe haber ahorro de energía al acondicionar aire del exterior. Cada contaminante y un método apropiado de limpieza debe ser considerado. La práctica de ventilación industrial está bien desarrollada y es discutida en los capítulos 41 y 43 del volumen HVAC de 1995 y el Manual de  Ventilación Industrial ACEIH de 1.986. MECANISMO DE FUNCIONAMIENTO La ventilación natural y la infiltración son producidas por diferencias de presión causadas por viento, diferencias de temperatura entre el aire del interior y el aire del exterior (efecto de chimenea), y la operación de equipos como dispositivas de combustión y sistemas de ventilación mecánica. Las diferencias de presión en una zona depresión de la magnitud de estos mecanismos de funcionamiento, así también como de las características de las aberturas en el diseño de la edificación, su ubicación y la re lación entre las diferencias de presi ón y el flujo de air e para cada abertura. Las diferencias de presión a lo largo de la estructurade la edificación están basadas en los requerimientos de que el flujo de la masa de aire que entra en la edificación son iguales a las masas que fluyen hacia fuera. En general la diferenci a de densidad entre las interiores y las exteriores pueden ser descartadas, tal que la tasa de flujo de aire volumétrico que entra al edificio se iguala a la tasa de aire volumétrico que sale. Asumiendo que las diferencias de presión de la envoltura pueda ser determinada siempre, tal determinación requiere una gran cantidad de información detallada que sencillamente es imposible de obtener. Cuando el viento choca contra una edificación produce una di stribución de presiones estáticas sobre la superfic ie exterior de la edificación, la cual depende de la dirección del viento y de la ubicación en el exterior de la edificación. Cuando existe una diferencia de temperatura interior – exterior, se impone un gradiente en la diferencia de presión. Esta diferencia de presión D pi es una función de la altura y la dif erencia de temperatura.

25

 Autor: Gustavo José Tudare Prado Edad: 34 años Ingeniero Mecánico. Ocupación: Coordinador de obras de construcción para infraestructura de la industria Petrolera  Venezolana (empresa Petróleos de Venezuela S.A., PDVSA). Profesor de las cátedras de Aire Acondicionado y Computación en el programa de Ingeniería Mecánic a de la Universidad del Zulia. e-mail: tudaregj[arroba]pdvsa.com

26