Guia Proyecto Climatizacion(Ejemplo de Calculo de Carga Termica )

INACAP COLON PROYECTO DE CLIMATIZACION DOCENTE : CELSO TAPIA ICM RAMO : SISTEMAS DE VENTILAÇÃO E AR CONDICIONADO PROBLEMA DE CARGA TERMICA Se dispoe de um recinto a climatizar ( ver esquemas adjuntos ) Dn la cidade de Santiago, con una ubicación Latitud Sur con 33.4°C, con una variación térmica diaria de 18°C. Los coeficientes globales de las paredes y techos son los siguientes :

a.- Paredes •

Ladrillo macizo ordinario solamente, de espesor de 40 cm ( 781 kg/m3), revoque de yeso de 10 mm.

b.- Techumbre • • •

Cubierta : Tejas planas o placas de fibrocemento (15) Bajo techumbre : Papel en subtejado,madera de 20 mm Techo : Panel aislante con panel de 25 mm

c.- Piso

INACAP COLON PROYECTO DE CLIMATIZACION DOCENTE : CELSO TAPIA ICM •

Hormigón de mortero de cemento de peso específico de 1856 de 50 cm de espesor.

As janelas tem as seguintes caracteristicas • • •

Marco metálico Vidrio triple de 6 mm de espesor. Con persiana veneciana interior de color claro.

O número de pessoas é de 150,com una temperatura interior do local de 24°C y las luces tienen una carga térmica aproximada de 40 watt/m2.

Para lo anterior determine la carga térmica sensible y latente. SOLUCION Paso 1 En primer lugar se deben definir las condiciones generales del proyecto ( ver hoja de ciudades de Chile con las condiciones generales de un proyecto ). En Santiago las condiciones para diseño son las siguientes : Temperatura exterior :32°C Humedad relativa exterior : 40 %

INACAP COLON PROYECTO DE CLIMATIZACION DOCENTE : CELSO TAPIA ICM Bulbo húmedo exterior : 21,5°C Altura sobre nivel del mar : 520 Variación térmica diaria : 18°C Tipo recinto : Oficinas Humedad relativa interior : 50 % ( no controlada) Paso 2 De acuerdo al Carrier se deben determinar los coeficientes globales : Pared De acuerdo a la página 1-59 del Carrier y la tabla 21, se obtiene : U pared = 1,12 kcal/ h m2 °C Techo De acuerdo a la página 1-65 del Carrier y la tabla 28, se obtiene : U techo = 0,83 kcal/ h m2 °C Piso De acuerdo a la página 1-72 del Carrier y la tabla 34, se obtiene : Rp = resistencia de piso = 1,6 °C m2 h / kcal por cada m espesor En nuestro caso se tiene 50 cm de espesor, por lo tanto : Rp = resistencia de piso = 0,5 * h / kcal

1,6 °C m2 h / kcal

= 0,8 °C m2

U = 1/ Rp = 1,25 kcal/ h m2 °C Paso 3 ( RADIACIÓN SOLAR VENTANAS ) En base a la tabla 15 del Carrier, páginas 1-40, se obtiene la carga térmica de rádiación solar de ventanas, con la siguiente formula : QRV = Calor radiación ventanas = Ru* Av * Fc * Fa Donde :

INACAP COLON PROYECTO DE CLIMATIZACION DOCENTE : CELSO TAPIA ICM Ru = Radiación solar, en base a la orientación de la ventana, mes de cálculo y hora solar. Av = Area de la ventana en m2 . Fc = Factor de corrección, que se obtienen de la parte inferior de la tabla número 15. Fa = Factor de atenuación, se obtienen de tabla 16 del Carrier, página 1-46.

A continuación se muestran los cálculos respectivos realizados a las 14:00 PM. Para efectos prácticos se asume una Latitud Sur 30° : ORIENTACION VENTANAS SUPERFICIE RAD.UNITARIA M2 KCAL/H M2 NORTE SUR ESTE OESTE

105 105 35 25

54 38 38 268

FACTOR FACTOR FACTOR FACTOR CALOR CORRECC.1 CORRECC.2 CORRECC.3 ATENUAC. KCAL/H 1,17 1,17 1,17 1,17

1,012 1,012 1,012 1,012

1,07 1,07 1,07 1,07

0,47 0,47 0,47 0,47

3.376 2.376 792 3.990

El factor de corrección 1, corresponde a marco metálico se debe agregar un 17 % mas. El factor de corrección 2, corresponde a un + 0.7 % por cada 300 m. El factor de corrección 3, corresponde a un 7% por estar en latitud Sur. Paso 4 ( RADIACIÓN SOLAR PAREDES) Para determinar la radiación solar de paredes se debe utilizar la siguiente formula : QRP= Calor radiación paredes = Dif equiv.T° *U * Ap

INACAP COLON PROYECTO DE CLIMATIZACION DOCENTE : CELSO TAPIA ICM Donde : Dif.equiv.T° = Diferencia de temperatura equivalente, se obtiene en base a los siguientes parámetros : • • • • •

Tipo de latitud y ángulo Orientación del edificio Espesor de la pared Color del muro Pared en sombra o soleada

U = Coeficiente global de transferencia de calor de la pared en Kcal/ h m2 °C. Ap = Area neta de la pared en m2 . Determinación Diferencia equivalente de temperatura. Se aplica la siguiente formula :

∆ Te = a + ∆ Tes + b* Rs * (∆ Tem - ∆ Tes ) / Rm a

= Corrección proporcionada por la tabla 20 A del carrier, teniendo en cuenta, un incremento distinto de 8°C entre las temperaturas interior y exterior ( esta última tomada a las 15 horas del mes considerado). Una variación de la temperatura exterior distinta a 11°C.

∆ Tes =

Diferencia equivalente de temperatura a la hora considerada a la pared a la sombra. Para determinar este parámetro se utiliza la tabla 19 del Carrier pagina 1-56, en la orientación fija del Sur.

∆ Tem=

Diferencia equivalente considerada a la pared soleada

de

temperatura

a

la

hora

Para determinar este parámetro se utiliza la tabla 19 del Carrier pagina 1-56, en la orientación correspondiente. Como las tablas están hechas para Latitud Norte se deben realizar los siguientes cambios :

INACAP COLON PROYECTO DE CLIMATIZACION DOCENTE : CELSO TAPIA ICM Hemiferio Sur

Orientación equivalente en Hemiferio Norte Sureste Este Noreste Norte ( sombra) Noroeste Suroeste Sur Oeste

Noreste Este Sureste Sur Suroeste Noroeste Norte( sombra ) Oeste

el

b=

Coeficiente que considera el color de la cara exterior de la pared ( b=1 paredes de lor oscuro ; b = 0, 78 paredes de color medio ; b = 0, 55 paredes de color claro )

Rs

= Máxima insolación kcal/ h m2 , correspondiente al mes y latitud supuestos, a través de una superficie acristalada vertical para la orientación considerada ( en el caso de pared) ; u horizontal ( techo ), tabla 15 página 1-42.

Rm

= Máxima insolación kcal/ h m2 , correspondiente al mes de Julio a 40° de latitud Norte, a través de una superficie acristalada vertical para la orientación considerada ( en el caso de pared) ; u horizontal ( techo ), tabla 15 página 1-42. CALCULO

∆ Te

NORTE

a

se obtiene de la tabla 20ª, entrando con la variación térmica diaria y la diferencia de temperatura del exterior con el interior , es igual –3,4 °C. ∆ Tes = 2,2 °C, se asume un peso de kg/m2 de 700. ∆ Tem= 2,2°C diferencia equivalente de temperatura a la hora considerada a la pared soleada. b = 0,78 pared color medio. Rs = 81 kcal/h m2 Rm = 65 Kcal/h m2

∆ Te = -3,4°C +2,2 = -1,2°C

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CALCULO

∆ Te

Sur

a

se obtiene de la tabla 20ª, entrando con la variación térmica diaria y la diferencia de temperatura del exterior con el interior , es igual –3,4 °.C ∆ Tes = 2,2 °C, se asume un peso de kg/m2 de 700. ∆ Tem= 0°C diferencia equivalente de temperatura a la hora considerada a la pared soleada. b = 0,78 pared color medio. Rs = 59 kcal/h m2 Rm = 187 Kcal/h m2

∆ Te = -3,4°C + 2,2 + 0,78 * 59 *( 0 - 2,2 )/ 187 = -1,74°C

CALCULO

∆ Te

Oeste

a

se obtiene de la tabla 20ª, entrando con la variación térmica diaria y la diferencia de temperatura del exterior con el interior , es igual –3,4 °.C ∆ Tes = 2,2 °C, se asume un peso de kg/m2 de 700. ∆ Tem= 5,5°C diferencia equivalente de temperatura a la hora considerada a la pared soleada. b = 0,78 pared color medio.

INACAP COLON PROYECTO DE CLIMATIZACION DOCENTE : CELSO TAPIA ICM Rs = 444 kcal/h m2 Rm = 444 Kcal/h m2

∆ Te = -3,4°C + 2,2 + 0,78 * 444 *( 5,5 - 2,2 )/ 444 = 1,374°C CALCULO

∆ Te

Este

a

se obtiene de la tabla 20ª, entrando con la variación térmica diaria y la diferencia de temperatura del exterior con el interior , es igual –3,4 °.C ∆ Tes = 2,2 °C, se asume un peso de kg/m2 de 700. ∆ Tem= 10°C diferencia equivalente de temperatura a la hora considerada a la pared soleada. b = 0,78 pared color medio. Rs = 444 kcal/h m2 Rm = 444 Kcal/h m2

∆ Te = -3,4°C + 2,2 + 0,78 * 444 *( 10 - 2,2 )/ 444 = 4,884°C

Paso 5( RADIACIÓN SOLAR TECHO) Para determinar la radiación solar de paredes se debe utilizar la siguiente formula :

INACAP COLON PROYECTO DE CLIMATIZACION DOCENTE : CELSO TAPIA ICM QRP= Calor radiación techo = equiv.T° *U * At

Dif

Donde : Dif.equiv.T° = Diferencia de temperatura equivalente, se obtiene en base a los siguientes parámetros : • • • • •

Tipo de latitud y ángulo Orientación horizontal Espesor de la pared Color del muro Techo en sombra o soleada

U = Coeficiente global de transferencia de calor de la pared en Kcal/ h m2 °C. At = Area neta del techo en m2 .

a

= Corrección proporcionada por la tabla 20 A del carrier, teniendo en cuenta, un incremento distinto de 8°C entre las temperaturas interior y exterior ( esta última tomada a las 15 horas del mes considerado). Una variación de la temperatura exterior distinta a 11°C.

∆ Tes =

Diferencia equivalente de temperatura a la hora considerada a la pared a la sombra. Para determinar este parámetro se utiliza la tabla 20 del Carrier pagina 1-57, en la condición en sombra.

∆ Tem=

Diferencia equivalente considerada a la pared soleada

de

temperatura

a

la

hora

Para determinar este parámetro se utiliza la tabla 20 del Carrier pagina 1-57, en la condición soleada. Se debe tener cuidado con el peso del techo que se expresa en kg/m2.

b=

Coeficiente que considera el color de la cara exterior del techo (b=1 techo oscuro; b = 0, 78 color medio ; b = 0, 55 color claro )

Rs

= Máxima insolación kcal/ h m2 , correspondiente al mes y latitud supuestos, a través de una superficie acristalada vertical para la orientación considerada ( en el caso de pared) ; u horizontal ( techo ), tabla 15 página 1-42.

INACAP COLON PROYECTO DE CLIMATIZACION DOCENTE : CELSO TAPIA ICM Rm = Máxima insolación kcal/ h m2 , correspondiente al mes de Julio a 40° de latitud Norte, a través de una superficie acristalada vertical para la orientación considerada ( en el caso de pared) ; u horizontal ( techo ), tabla 15 página 1-42. CALCULO

∆ Te

techo

a

se obtiene de la tabla 20ª, entrando con la variación térmica diaria y la diferencia de temperatura del exterior con el interior , es igual –3,4 °.C ∆ Tes = 4,4 °C, se asume un peso de kg/m2 de 200. ∆ Tem= 15°C diferencia equivalente de temperatura a la hora considerada a la pared soleada. b = 0,78 pared color medio. Rs = 667 kcal/h m2 Rm = 631Kcal/h m2

∆ Te = -3,4°C + 4,4 + 0,78 * 667 *( 10 - 2,2 )/ 631 = 10,23°C Paso 6 ( Se deben determinar las infiltraciones sensibles y latentes) La formula a utilizar es la siguiente : INFILTRACIONES SENSIBLE VOLUMEN DEL RECINTO M3

RENOV/H

6750

1,5

DENSIDAD AIRE KG/M3 1,2

Diferen.te CP AIRE mp KCAL/KG °C °C 0,24 8

CALOR KCAL/H 23.328,0

El volumen del recinto se saca por geometría y las renovaciones por hora, van desde 1.0 a 1,5 R/h. INFILTRACIONES LATENTES VOLUMEN DEL RECINTO M3

RENOV/H

DIF.HUMED. DENSXCAL ESP OR gramos/Kgai re LATENTE

INACAP COLON PROYECTO DE CLIMATIZACION DOCENTE : CELSO TAPIA ICM 6750

1,5

2,5

0,72

CALOR KCAL/H 15.673,5

Paso 7 ( Se deben determinar las pérdidas por renovación de aire exterior, sensibles y latentes) La formula a utilizar es la siguiente : Sensible CAUDAL TOTAL M3/H 7500

DENSIDAD AIRE KG/M3 1,2

Diferen.tem CP AIRE p KCAL/KG °C 0,24 8

CALOR KCAL/H 17.280,0

El caudal total de aire se saca de la tabla 45 del Carrier página 1-91, multiplicando por el número de personas. Latentes AIRE EXTERIOR

CAUDAL TOTAL M3/H

7500

DIF.HUMED. DENSXCALO ESP R gramos/Kga ire LATENTE 2,5 0,72

CALOR KCAL/H 11.610,0

Paso 8 Se deben determinar las cargas térmicas por personas en función a la temperatura del local. Se debe aplicar la siguiente formula :

INACAP COLON PROYECTO DE CLIMATIZACION DOCENTE : CELSO TAPIA ICM QSp = NP * Factor energía ( tabla 48 del carrier) Donde : QSp = Calor sensible personas Kcal/h Np = Número de personas QLp= NP * Factor energía ( tabla 48 del carrier) Donde : QLp = Calor latente personas Kcal/h Np = Número de personas