DISEÑO DE SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO PARA SALON MAYOR DEL MODULO G DEL CENTRO UNIVERSITARIO DE OCCIDENTE DE LA UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA CATEDRATICO: ING. JUVENCIO LOPEZ OVALLE REFRIGERACION Y AIRE ACONDICIONADO

DISEÑO DEL SISTEMA DE REFRIGERACION Y AIRE AIRE ACONDICIONAD DEL SALON MAYOR DEL MODULO G, DEL CENTRO UNIVERSITARIO DE OCCIDENTE, DE LA UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS CARLO S DE GUATEMALA

ALUMNO: MARIO RENE HIPP ALVARADO CARNE: 200730457 FECHA: 5.10.10

MARCO TEORICO Ganancia Ganancia de calor atreves de barreras. La carga de calor a través de barreras se calcula con la siguiente ecuación.

(1)

Q1= UA (te-t i) Donde: Q1 = carga de calor en BTU/H U = Coeficiente de transmisión de calor BTU / h-pie 2-°F A= Área neta en pies 2 te = temperatura exterior en °F ti = temperatura de diseño interior Donde U se puede calcular con la siguiente ecuación.

(1.1)

U = 1/R  

  



 



 



  

«.

(1.2)

Donde fe= 6.0 BTU / h-pie 2-°F fi= 1.65 BTU / h-pie 2-°F

Ganancia total de calor debida a la radiación solar y a la diferencia de temperaturas en muros Q=UA (Temp. diferencial diferencia l Tomada de tabla IX-4)

(2)

Q1 = carga de calor en BTU/H U = Coeficiente de transmisión de calor BTU / h-pie 2-°F A= Área neta en pies 2

Ganancia de calor por infiltración de aire, Método de ranuras Para puertas y ventanas, Qs = 0.018 (V´) (te-ti)

(3)

QL= 0.68 x (V ) x (Wi´- We´)

(4)

V= Factor de tabla VIII-2 * pies de ranura.

Donde Qs = carga de calor sensible en BTU/H QL = carga de calor sensible sensible en BTU/H V´= Volumen de aire en pies 3/H V = Volumen de aire en pies 3/min. Wi´= humedad especifica interior en granos/lb = 0.0126 en granos/lb. We´=humedad especifica exterior en granos/lb =0.02315 en granos/lb.

Ganancia Ganancia de calor debida a la abertura de puertas. Factor de tabla* # de personas.

(5)

Qs= 1.08 V (te - ti)

(6)

QL= 0.68 x (V ) x (Wi´- We´)

(7)

Ganancia Ganancia de calor debida a la personas. Factor de figuras (IX-34 y IX-35) IX-35 ) X # de personas

(8)

Ecuaciones para determinar condiciones del aire de distribución. Mt= Qstotal / (Cp(ti-td))

(9)

Cp=0.24 QLtotal =Mt (Wi´-Wd´) 1050/7000

(10)

Calculo Calculo de Aire necesario para que respiren las personas. Aire Nec = Factor de tabla VII-3 * # de personas * 60

(11)

Aire Nec= aire necesario para que respiren las personas ft/h

Factor de calor sensible. F.C.S = Cs/(Cs+Cl)

(12)

Condiciones de Mezcla si se recircula el aire. (13)

Mp * te + (Md-Mp) ti = Mt (Tt) Mp= masa necesaria para que respiren las personas.

Md-Mp diferencia entre la masa de distribución y la Masa de aire que personas respiran, esta es la masa que retorna para recirculación; se le resta la masa que respiran las personas ya que estas la consumen produciendo dióxido de carbono. te=temperatura exterior ti= temperatura de diseño interior para comodidad. ht= entalpia total Mt= que circula por el intercambiador. intercambiador. = (Mp + (Md-Mp)= (Md- Mp)= Md Mp * he + (Md-Mp) hi = Mt (ht)

(14) (15)

Calculo de calor necesario absorber por el intercambiador de calor. Q=Mt (he-hd)

(16)

Q=Mt (hm-hd)

(17)

Donde Q= Calor que necesita disipar el intercambiador Mt=masa total que circula en el intercambiador. he= entalpia de condiciones exteriores. hd= entalpia de condiciones de suministro.

Cambios de aire Necesarios. Cambio de aire requeridos por hora = V de refrigeración/ V del salón.

(18)

Humedad que absorber por el intercambiador.

w = Mt (We´- Wd´)

(19)

w = Mt (Wm´- Wd´)

(20)

Mp * We´+ (Md-Mp) Wi´= Mt Wm

Materiales Las paredes 1, 2, 3 son de ladrillo de 4µ La pared 4 es de concreto de 5.90µ con un repello de yeso de 3/8µ en los dos lados. Las columnas y vigas son de concreto de 28µ de espesor

(21)

Condiciones Condiciones de comodidad Se utilizara utilizara una temper temperatura atura de confort confor t de 76°f y humedad relativa de 50% según figura vii-2 (carta de comodidad de la ASHAE)

TABLA 1, COEFICIENTES COEFICIE NTES U PARA DISTINTOS MATERIALES. MATERIALES . Los coeficientes se obtuvieron a partir de ecuación 1, 1.1 y 1.2 y tablas de conductividades térmicas y conductancias de edificios y materiales aislantes. Tabla 4-3. Material Mat erial

Coeficiente C BTU / h-pie2-°F

Coeficiente K Coeficiente U 2 BTU pulg / h-pie °F BTU / h-pie2-°F 1.25 5 0.6358

Ladrillo 4" de espesor espeso r comun Concreto 6" con repello de yeso de 1/4" Concreto 28" Vidrio comun con bastidador de aluminio. Madera de 2 1/2

0.648 0.3219

12

1.54 0.36

TABLA 2 Tempera Temperatura tura de de bulbo seco y humedad relativa ) Formulada por medio de datos del insivumeh. Refere ncia Referencia NORTE SUR ESTE OESTE

Pared

Temp. exterior 1 2 3 4

Temp. interior 92.48 82 92.48 84



76 76 76 76

exterior 71% 71% 71% 71%



interior 50% 50% 50% 50%

PLANOS

GENERALES DE L SA LON DE CONFERENCIAS.

ESQUEMA DE PARED NORTE (1) ,

* Ventanas referenciales, existen 35 ventanas en esta pared de la misma medida (ver esquema de ventanas).

ESQUEMA DE PARED SUR (2)

* Ventanas referenciales, exis ten 18 ventanas en esta pared de la misma medida (ver esquema de ventanas).

ESQUEMA DE PARED ESTE (3)

*Medidas en pies.

Pared oeste (4)

ESQUEMA DE VENTANAS

DISEÑO DEL SISTEMA DE ACONDICIONAMIENTO Áreas Proyectadas de paredes de transmisión de calor Pared 1 2 3 4

Área (ft2) 685.78 687.57 253.50 253.50

Vecindad exterior interior Exterior interior

Referencia NORTE SUR ESTE OESTE

Áreas Proyectadas de columnas de transmisión de calor Pared

Columnas 1 2 3 4

Area (ft2) 4 4 2 2

73.72 73.72 73.72 73.72 17.17 17.17

Vecindad exterior interior Exterior interior

Referencia NORTE SUR ESTE OESTE

Vecindad Exterior interior Exterior interior

Referencia NORTE SUR ESTE OESTE

Áreas Proyectadas de Vigas de transmisión de calor Pared

Vigas 1 2 3 4

1 1 1 1

Área (ft2) 134.30 134.30 36.96 36.96

Calculo de transferencias t ransferencias de calor. Transferencias de calor debido a barreras.

Utilizando ecuación (1) , tabla 1 (valores de U) y tabla 2 (Valores de temperaturas).

* La pared 1 se considero que que era la única con incidencia solar por lo que se calculo la ganancia de de calor a través de muros y techos utilizado tabla IX-4 (temperatura diferencial total equivalente, para calcular la ganancia de calor a través de paredes) y la ecuación (2), Tomando como referencia latitud norte, a las 4:00 pm, Pared hacia el norte, color claro y utilizando el material tabique de 4µ como referencia re ferencia de un valor aproximado que tendría el ladrillo de 4µ. S e determino que la temperatura diferencial es de 17.48, que es la temperatura que que aparece en la tabla tabla de 14°F mas la diferencia de la temp exterior y interior con 15°F que que es de 3.48°F. Ubicación Pared 1 pared 2 pared 3 pared 4

Transferencias de calor BTU/H

Columnas y vigas Pared 1 pared 2 pared 3 pared 4

Transferencias de calor BTU/H

Pared Pared 1 Pared 2

# de ventanas

Area de Ventanas (ft.) 35 18

Referencia

Pared

Sur

Pared 2

7621.58 2622.94 2656.13 1314.12

referencia NORTE SUR ESTE OESTE

1170.509689 401.776781 287.1532951 139.3948034

referencia NORTE SUR ESTE OESTE

Transferencias de calor BTU/H

198.513 102.09 Area puertas

# puertas

2

5038.10113 943.3116

Transferencias de calor BTU/H

91.7088

198.091008

En la pared 1 que tiene incidencia solar las ventanas tienen una pestaña de concreto que proporciona sombra a las mismas, esta sombrea el 100% del área de las ventanas por lo que no se tomara en cuenta esta transferencia de calor en los cristales por efecto solar.

Calor ganado por infiltración de aire aire en las ventanas y puertas. Utilizando el método de ranuras, ecuación (3) y (4), y tabla VII-2 Volumen de aire infiltrado por pie de ranura para diferentes tipos de ventanas y puertas.

Se utilizo un tipo de ventana de metal de doble hoja, sin cerrojo; sin protección especial; con una velocidad del viento de 15 millas por hora; hora; para la pared 1 previniendo posibles fuertes vientos, 1.23 Para la pared 2 como se encuentra en interior se considera el mismo tipo de ventana solo que con una velocidad del viento máxima de 5 millas por hora previniendo un máximo supuesto de la veloc idad del viento, 0.33 0. 33 Para la puerta se utilizo el tipo puerta de madera de buena construcción; sin protección especial, con una velocidad del viento de 5 millas por hora. 0.90

Referencia

Pared

NORTE SUR

Pared 1 Pared 2

Referencia

Pared

Sur

Pared 2

# de ventanas

Perímetro en ventanas

35 18

# puertas

Calor Sensible BTU/H

1083.26 556.88 5 56.88

Perimetro en puertas

2

Calor latente BTU/H

23714.76 1190.83

Calor Sensible BTU/H

80.46

Calor total BTU/H

87885.75 6248.19

111600.51 7439.03

Calor latente BTU/H

469.24

Calor total BTU/H

2462.08

2931.32

Ganancia de calor debida a la abertura más o menos constante de puertas Se considero una infiltración para un restaurante que sería similar considerando que las personas en el interior son 300, para una puerta oscilatoria de 36pulg. Y se utilizo las ecuaciones. (5) (6) (7). Referencia

Pared

Sur

Pared 2

infiltracion de ap.

# puertas

2

Calor Sensible BTU/H

2.5

Calor latente BTU/H

16.2

Ganancia de calor debida a personas. Se considerara para el diseño el máximo de personas que pueden ocupar el salón en una determinada actividad, 300 personas. Se considera que las personas se encuentran sentadas, por ser un salón destinado a presentaciones, graduaciones y actividades de exposición. Utilizando las graficas o figuras IX-34 y IX-35 y ecuacion (8) Personas fac. por persona Calor Sensible BTU/H 300 275 82500.00 Persona fac. por persona Calor latente BTU/H 300 125 37500.00

85

Ganancia de calor debida al equipo misceláneo. Se utilizo la tabla IX-8 ganancia de calor debido al equipo misceláneo c onsiderando

# 30 20 1 1 1 10%

equipo ojos de buey lámparas fluorescentes dobles televisión 40" retroproyector cafetera eléctrica del total para imprevistos Totales de calor de miscelánea

Consumo de c/e watt

Total Watt. 60 80 190 50

Calor latente Calor Sensible BTU/H BTU/H

1.8 1.6 0.19 0.05

6145.2 5462.4 648.66 170.7 3400 1582.696 17409.656

2300 230 2530

RESUMEN DE CARGAS DE CALOR. Ganancia de calor a travez de Transmisión y efecto solar infiltración Abertura de puertas Personas Equipo Misceláneo Totales

Calor sensible

Calor latente 22393.12 25374.84 16.2 82500 17409.656 147693.811

96596.02 85 37500 2530 136711.02

Ventilación Ventilación necesaria para que respiren las personas. Consideramos que la ventilación necesaria para que respiren las personas en el salón de conferencias ingeniería es de 7.5ft/min por persona, utilizando tabla VII-3 ventilación recomendada para diferentes lugares. Utilizamos ecuación (11) Cantidad de Personas

Ventilación por persona recomendada Ft/min/persona 300

Aire total de Ventilación por personas Ft3/h 7.5

135000

CALCULO DE CONDICIONES DE L AIRE DE DISTRIBUCIÓN La temperatura del aire de entrada se considera por regla general de 5 a 20 grados debajo de la temperatura de condiciones interiores de diseño. 22°° por debajo de la temperatura del cuarto por cada pie entre el piso y el techo Consideraremos 56°F de temper atura de aire de entrada.

Calculamos la masa necesaria para mantener las condiciones de diseño o masa de distribucion, utilizamos la ecuación (9) M= 30769.54396 lb/h

Utilizando la ecuación se despeja para la humedad específica del aire de distribución. Calculamos Wd´ despejando ecuación (10) Wd´= 38.4

Utilizando la carta Psicométrica se determina las condiciones del aire de distribución. distribución. Wd´= 38.4 hd= 19.5 BTU/LB =59 TBS= 56°F Tr=41.5.

CALCULANDO E L FACTOR DE CA LOR SENSIB LE. Utilizando ecuación (12) determinamos el factor de calor sensible. Relación o factor de calor sensible. = 0.52

Calculamos las condiciones del aire de Mezcla al haber recirculación, utilizando la carta Psicométrica para determinar algunos valores. Utilizando la ecuación (13) y (14) tenemos Mp= 10150.376 lb/h Md=30769.54396 lb/h te=92.48°F ti=76°F

tm= 81.44°F temperatura de la mezcla Utilizamos la ecuación (15) y (14) tenemos. Mp= 10150.376 lb/h Md=30769.54396 lb/h he=48BTU/LB

hi=29 BTU/LB

ht= 35.27 BTU/ LB entalpia de la mezcla

Calculando la capacidad del acondicionador Utilizamos la ecuación. (16) y (17). Mt=30769.54396 lb/h he=48BTU/LB ht= 35.27 BTU/LB (mezcla) hd= 19.5 BTU/LB

Q1= 876,932.01 BTU/LB SIN CIRCULACION DE AIRE Q2=485,235.71 BTU/LB CON CIRCULACION DE AIRE

Determinando Determinando los cambios de aire. Utilizando ecuación (18) Por medio de las medidas de los planos calculamos el volumen del salón. V= 40951.25ft3/h VP=135000

3 cambios por hora.

Determinando la humedad que se debe absorber. Utilizando ecuación (19) y (20) Utilizamos ecuación (21) y determinamos Wm que es la humedad especifica de la mezcla. Y carta Psicométrica para determinar los demás valores. Mp= 10150.376 lb/h Md=30769.54396 lb/h

Whe=165 granos/lb. Wi=68 granos/lb. Wm=100 granos/lb. Wd= 38.4

Humedad que se necesita absorber el deshumidificador del equipo. Sin recircular el aire. W= 426.38 lb/h de vapor

Si utilizamos recirculación necesitamos absorber W=140.66 lb/h de vapor.

Condicione s que debe tener el equipo de enfriamiento. Condiciones Carga de calor BTU/LB humedad a absorber absorbe r BTU/LB

Masa Lb Con circulac circulación ión 30769.544 485,235.71 485,235.71 30769.544 30769.5 44 140.66 lb/h

Sin circulac circulación ión 876,932.01 426.38 4 26.38 lb/h