UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERDe la Diversificacin Productiva y del Fortalecimiento de la Educacin

DEL CENTRO DEL PER

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA

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CTEDRA: Refrigeracin y Aire AcondicionadoCATEDRTICO: Dr. Mario Miguel Huatuco GonzalesTEMA: Diseo aire acondicionado para la sala de Conferencias de la UNCPALUMNOS: REGINALDO QUISPE, Edwin RenzoROJAS OR, Liz Denisse TORRES FLORES, DiegoVEGA GARCA, Luis Bryan

SEMESTRE:IXFECHA: 21/10/15 Huancayo Per

INDICE

INTRODUCCIN3OBJETIVOS3ANTECEDENTES....5PROCEDIMIENTO PARA EL ANLISIS10SELECCIN DEL AIRE ACONDICIONADO20PLANOS..20CONCLUSIONES24RECOMENDACIONES24BIBLIOGRAFIA.....24ANEXOS.25

INTRODUCCIN

Los sistemas de acondicionamiento de aire son en la actualidad de una amplia utilizacin en los pases del primer mundo en los cuales se tienen temperaturas fuera de valores de confort humano.

Por esto da a da van tomando parte del paquete de requerimientos bsicos de una edificacin. Por otro lado el uso del aire acondicionado debe realizarse con juicio debido a que ellos causan un importante consumo energtico sobre todo cuando se utilizan de manera indiscriminada o sobredimensionada.

En estos pases se vienen llevando a cabo campaas para controlar el uso del aire acondicionado pues hay personas que buscan temperaturas ms bajas a la del promedio para estar placidos lo cual es ecolgicamente inaceptable dado los problemas de calentamiento global que se viene atravesando.

Todos estos criterios deben considerarse en el Per pues esta realidad no tardara en presentarse debido a que cada verano es ms clido que el anterior y ante esto se buscara introducir sistemas de aire acondicionado en edificios de entidades pblicas y privadas, pero en un futuro no muy lejano este proceso podr alcanzar la mayora de edificaciones.

Espero que el trabajo sea de gran ayuda a los lectores y pueda contribuir en la formacin de profesionales de la Carrera de Ingeniera Mecnica.

OBJETIVOS

Realizar un estudio completo de todos los componentes que nos garantice la exactitud de la carga trmica. Determinar la carga trmica existente en el ambiente. Estimar la carga de acondicionamiento de aire. Seleccionar el equipo que debemos de utilizar.

ANTECEDENTES

Para el presente trabajo tomamos como antecedente la siguiente tesis de carcter nacional presentada en a la Pontfice Universidad Catlica del Per por el Ingeniero Gustavo Dorregaray Portilla para obtener el Ttulo de Ingeniero Mecnico: DISEO DEL DISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO DE UNA OFICINA ZONAL PUBLICA EN PUCALLPA el mes de Febrero en el ao 2008.

Resumen de la Tesis

La presencia del aire acondicionado es de vital importancia, sobre todo en las edificaciones pblicas situadas en locaciones de climas tropicales, como es el caso de la ciudad de Pucallpa. En esta bella e importante ciudad se planea acondicionar un edificio que funcionara como una oficina zonal de una entidad pblica, sirviendo tambin como agencia de aduanas.Previamente al desarrollo del proyecto se establecen definiciones relacionadas con los sistemas de aire acondicionado, sus componentes y accesorios. A su vez se mencionan normas y recomendaciones a seguir para el diseo.Luego se describe el proyecto, evaluando las condiciones climticas del lugar al igual que la orientacin de la edificacin, la configuracin de los ambientes las cuales junto a otros aspectos tcnicos se detallan en la presente tesis y la importancia de este proyecto, el es una edificacin de 4 pisos, la cual beneficiar a 400 personas en la ciudad de Pucallpa. Tambin se ha seleccionado una opcin de equipo de aire acondicionado adecuada para este proyecto, siendo en este caso un chiller refrigerado por aire de 315 kW (90 TR), evaluando las ventajas y desventajas frente a otras opciones para corroborar lo adecuado de la opcin seleccionada.Se han realizado clculos de carga trmica y de ha seleccionado un chiller refrigerado por aire y sus accesorios los cuales son parte del sistema de aire acondicionado de este proyecto.Por ltimo se presenta una evaluacin econmica de la opcin seleccionada comparndola con una opcin ms eficiente la cual lamentablemente no se utiliz por el espacio disponible. Se incluyen precios de adquisicin, instalacin, ingeniera, operacin y mantenimiento.

MARCO TERICO

TRANSFERENCIA DE CALOR

Las leyes de la Termodinmica tratan de la transferencia de energa pero solo se refieren a sistemas que estn en equilibrio. Por ello, permiten determinar la cantidad de energa requerida para cambiar un sistema de un estado de equilibrio a otro pero no sirven para predecir la rapidez con que puedan producirse estos cambios. La transferencia de calor complementa la primera y la segunda ley, proporcionando los mtodos de anlisis que pueden utilizarse para predecir esta velocidad de transmisin. Ejemplo:

A. Transferencia de calor por conduccin

Cuando en un medio slido existe un gradiente de temperatura, el calor se transmite de la regin de mayor temperatura a la de menor temperatura. El calor transmitido por conduccin por unidad de tiempo qkes proporcional al gradiente de temperatura dT/dx multiplicado por el rea A a travs del cual se transfiere es decirT: temperatura; x: direccin del flujo de calor

El flujo de calor depende de la conductividad trmica k que es la propiedad fsica del medio [W/m K], luego se tiene

Convenios del signo

Fig. 1.1 Representacin del convenio del signo

B. Conduccin a travs de una pared plana

El calor fluye en direccin perpendicular a la superficie. Si la conductividad trmica es uniforme, la integracin de la ecuacin queda como

Fig. 1.2 Seccin transversal de una pared plana

C. Conduccin a travs de paredes planas en serie

En estado estacionario el flujo de calor a travs de todas las secciones debe ser el mismo. Sin embargo, los gradientes son distintos

Fig. 1.3 Conduccin unidimensional a travs de paredes planas en serie

A partir de la ecuacin 4.4 se tienen las siguientes relaciones

Sustituyendo 4.5 y 4.6 en 4.4

Luego el flujo de calor ser

Para un conjunto de n paredes en perfecto contacto trmico, el flujo de calor es

D. Conductividad trmica

La conductividad trmica de un material vara con la temperatura. Los gases tienen conductividad trmica ms baja que los lquidos. Los metales como el cobre y el aluminio tienen conductividad trmica alta.

E. Transferencia de calor por radiacin Por radiacin la energa se transporta en forma de ondas electromagnticas que se propagan a la velocidad de la luz. La radiacin electromagntica que se considera aqu es la radiacin trmica. La cantidad de energa que abandona una superficie en forma de calor radiante depende de la temperatura absoluta y de la naturaleza de la superficie. Un radiador perfecto o cuerpo negro emite una cantidad de energa radiante de su superficie por unidad de tiempo qrdada por la ecuacin

Para evaluar la transferencia neta de energa radiante requiere una diferencia en la temperatura superficial de dos o ms cuerpos entre los cuales tiene lugar el intercambio. Si un cuerpo negro irradia a un recinto que lo rodea completamente y cuya superficie es tambin negra (es decir absorbe toda la energa radiante que incide sobre l, la transferencia neta de energa radiante por unidad de tiempo viene dada por

T1: Temperatura del cuerpo negro en KelvinT2: Temperatura superficial del recinto en Kelvin

Si a una temperatura igual a la de un cuerpo negro emiten una fraccin constante de la emisin del cuerpo negro para cada longitud de onda, se llaman cuerpos grises. Un cuerpo gris emite radiacin segn la expresin

El calor radiante neto transferido por unidad de tiempo por un cuerpo gris a la temperatura T1a un cuerpo negro que le rodea a la temperatura T2es

Dondee1es la emitancia de la superficie gris, igual a la relacin entre la emisin de la superficie gris y la emisin de un radiador perfecto a la misma temperatura.Si ninguno de los dos cuerpos es un radiador perfecto, pero poseen entre s una determinada relacin geomtrica, el calor radiante neto transferido entre ellos viene dado por

Donde F1-2es un mdulo que modifica la ecuacin de los radiadores perfectos para tener en cuenta las emitancias y las geometras relativas de los cuerpos reales.

F. Ecuacin de la conduccin1)Cantidad neta de calor que entra en el volumen de control por conduccin en la unidad de tiempo y por unidad de volumen.

2)Cantidad de energa generada en la unidad de tiempo y por unidad de volumen en el interior del volumen de control.

3)Aumento de la energa interna en la unidad de tiempo en el interior del volumen de control.

La ecuacin se puede expresar como

PROCEDIMIENTO PARA EL ANLISIS

Flujo de calor en la sala de conferencias de la facultad de ingeniera mecnicaSALON 302 T =23C

EXTERIOR T= 26C

SALON 202 T =23C

INTERIOR T= 26C50 PERSONAS

SALA DE CMPUTOT =23C

PASADIZOT =23C

SALON INICIAL T =23C

Para el clculo del flujo de calor total, idealizamos la sala de conferencias de ingeniera mecnica como un paralelepido, con puerta y ventanas, lo cual tambin nos otorgan flujo de calores distintos a los de las paredes y techos, uno de los lados de la pared est compuesto de triplay.Las temperaturas se tomaron con un termmetro laser que nos otorg la facultad de ingeniera mecnica.CALCULO DE LA CARGA TERMICACALCULO DE :Para el clculo de con el aula 202, la pared est compuesta de ladrillo y concreto.Calculo del rea para la carga trmica 1

3.80 m

6.80 m

Vista de perfil de la pared, para el clculo de la carga trmica 1 Conductividad trmica : concreto : Ladrillo : Aire esttico 1/2

12 cm =4,72pulg

Tomamos las temperaturas del parte interior como exterior con el termmetro laser y nos resulta:=24C = 73.4F = 20C = 68F

Calculo de la constante R para el flujo de calor:

Reemplazamos los datos:R R = 2.66

Teniendo estos datos pasamos al calculo de flujo de calor de la pared 1

= = 564.69 BTU/H (1)

CALCULO DE :Pasamos al clculo trmico en 2 el techo y este posee las mismas caractersticas que en el 1 con la nica diferencia de las dimensiones y con el aula 302.

Calculo del rea de la pared 2 o techo

6.80 m

8.50 m

Vista de perfil de la pared, para el clculo de la carga trmica 2 Conductividad trmica : concreto : Ladrillo : Aire esttico 1/2

4,72pulg

Tomamos las temperaturas del parte interior como exterior con el termmetro laser y nos resulta:= =24C = 73.4F = 20C = 68FCalculo de la constante R para el flujo de calor:R Reemplazamos los datos:R R = 2.66Teniendo estos datos pasamos al calculo de flujo de calor de la pared 2 = = 1262.36 BTU/H............(2)

CALCULO DE :Pasamos al clculo del flujo de calor de la pared 3 con la sala de cmputo , que esta compuesto de triplay compactado con distancia de 5 cmCalculo del rea de la pared 3

6.80 mm

3.80 m

Vista de perfil de la pared, para el clculo de la carga trmica 31/4

Conductividad trmica : concreto : Aire esttico

5 cm

Tomamos las temperaturas del parte interior como exterior con el termmetro laser y nos resulta:=24C = 75.2F = 20C = 68FCalculo de la constante R para el flujo de calor:R Reemplazamos los datos:R R = 2.3201Teniendo estos datos pasamos al calculo de flujo de calor de la pared 3 = = 862.72 BTU/H..............(3)

CALCULO DE :Calculamos la carga trmica del piso que al que el techo esta compuesto de ladrillos recubierto con concreto:

6.80 m

8.50 m

Conductividad trmica : concreto : Ladrillo : Aire esttico 1/2

12 cm =4,72pulg

Tomamos las temperaturas del parte interior como exterior con el termmetro laser y nos resulta: =24C = 73.4F = 20C = 68FCalculo de la constante R para el flujo de calor:R Reemplazamos los datos:R R = 2.66Teniendo estos datos pasamos al calculo de flujo de calor de el piso 4 = = 1262.36 BTU/H ........(4)

CALCULO DE :Calculo de la carga trmica la pared 5 que posee ventanas y una puerta con ventanillas.

2.2 m

1.9 m

Calculo del flujo de calor de las ventanillas de la puerta

0.27 m

6cm

rea de l ventanilla=* Como tenemos 4 ventanillas de la misma dimensin=0.0437* =1.88Calculamos el rea de la puerta sin las ventanillas=1.9* *2.2 1.88=43.1 Vista de perfil de la ventanilla

Conductividad trmica: : Vidrio : Aire esttico

Constante R de la ventanilla:R = 1.245Para el flujo de calor reemplazamos lo obtenido = = 5.43 BTU/H.........(5.1)

Calculo de flujo de calor Para la puertaVista de perfil de la puerta Conductividad trmica: : Acero : aire esttico

1

Hallando la constante R de la puertaR Reemplazamos los datos:R R = 1.21Calculo del flujo de calor em la puerta = = 128.23 BTU/H............(5.2)

Clculos de flujo de calor de las ventanas de la paredLa constante R es igual que de las ventanillasR = 1.245

0.67

0.94

Vista de perfil de la ventana: Conductividad trmica: : Vidrio : Aire esttico

Flujo de calor para una ventana = 58.77 BTU/HFlujo de calor para las 7 ventanas =7*58.77 = 411.39 BTU/H (5.3)

Calculo de flujo de calor Para la paredEn esta parte para el flujo de calor ya no redundaremos como en los casos anteriores asi que solo lo mencionaremosConstante R como en los casos anterioresR = 2.66Flujo de calor para la pared = = 345 BTU/H ...........(5.4)Entonces com los cuatro puntos calculados pasamos a calcular en flujo de calor de 5

...........(5)

CALCULO DE :Para la pared de la carga trmica 6 desde el exterior al interior.Calculo del flujo de calor las ventanas grandes Constante R del vidrio que ya lo determinamos anteriormenteR R = 1.245

1.18m

0.94m

Vista de perfil de la ventana: Conductividad trmica: : Vidrio : Aire esttico

1/4

Calculo del flujo de calor de una venta = 103.48BTU/HPara las 8 ventanas grandes de la pared de carga trmica 6 8*103.48= 827.84 BTU/H ...........(6.1)

Calculo del flujo de calor las ventanas pequeas Ventanas pequeas de arriba = 58.77 BTU/HMultiplicamos por 8 ventanas = 470.2 BTU/H........(6.2)Un subtotal de las ventanas 827.84 +470.2 = 1298.0 BTU/H..........(6.3)

Calculo del flujo de calor de la pared Calculo netamente de la pared sin ventanas= 197.82 Constante R R = 2.66 Flujo de calor con estos datos = 803.18 BTU/H...........(6.4)Calculo del flujo de calor de la pared denominada 6

BTU/H.(6)

HALLANDO EL FLUJO DE CALOR TOTAL+Reemplazamos 1,2, 3, 4, 5 y 6 en la ecuacin dada 6943.14 BTU/HSELECCIN DEL AIRE ACONDICIONADO Con un flujo de calor determinado que nos resulta: 6943.14 BTU/HY con una superficie de

Tomamos un aire acondicionado CARRIER , que sea un flujo de calor mayor a lo que obtenemos, entonces nuestra solucin sera:

Tomamos un aire acondicionado de carrier Minisplit Up sistema 53UPC123A con capacidad de 12000BTU

PLANOSCONCLUSIONES Para nuestra eleccin de cual equipo de acondicionamiento utilizar si estuvieron bien estimados y calculados todas las cargas exteriores, interiores actuantes en nuestro ambiente de adecuamiento del aire acondicionado Se seleccion el equipo Al momento de seleccionar el equipo notamos que la carga es mucho mayor de lo que calculamos y eso es necesario para que no exista alguna falla en su funcin

RECOMENDACIONES Se recomienda para las mediciones de temperaturas utilizar El termmetro de alta precisin, como en nuestro caso que se utiliz el termmetro laser. Que las mediciones de la temperatura del bulbo seco y hmedo sean en condiciones de mximo calor durante el da. El flujo de calor de la maquina frigorfica debe ser mayor de la que calculamos

BIBLIOGRAFIAhttp://acosa.com.mx/catalogos/Adecuaci%C3%B3n%20de%20espacios/Climatizacion/Carrier/carrier.pdfhttp://editorial.dca.ulpgc.es/ftp/ambiente/antesol/TESIS/Cap2.pdfhttp://www.taringa.net/post/info/7747807/Aire-acondicionado-calcular-frigorias.htmlhttp://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/879/DORREGARAY_PORTILLA_GUSTAVO_AIRE_ACONDICIONADO_OFICINA_PUCALLPA.pdf?sequence=1

ANEXOS Tabla de seleccin de carrier