410 conceptos básicos de transferencia de calor y carga...
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410 Conceptos Básicos de Transferencia de Calor y Carga Térmica.
Conducción del calor El calor, como forma de energía, puede generarse a
partir de las transformaciones de otras fuentes de energía.
La cantidad de energía calorífica afecta la velocidad de las moléculas y átomos de las sustancias y por ende su temperatura.
Cuando las moléculas de mayor velocidad chocan con las más lentas, la energía se transfiere alterando la velocidad de ambas moléculas.
Conducción del calor El calor fluye del cuerpo de mayor temperatura al
de menor temperatura.
La transmisión puede ser por emisión electromagnética (radiación), por contacto (conducción) o por medio de un fluido intermedio (convección).
Radiación conducción convección
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Conducción del calor Cuando dos cuerpos tienen la misma temperatura,
se dice que han alcanzado un “equilibrio térmico”.
Ya no puede fluir calor entre ellos.
La velocidad promedio de las moléculas es la misma.
Observación:
El concepto de promedio debe dejar claro que existirán moléculas que tengan una velocidad mayor (alto nivel de energía) y otras que tendrán uno menor (bajo nivel de energía) dentro de la misma sustancia.
Ecuación de Flujo de Calor por conducción simplificada:
El calor fluye por conducción a través de un cuerpo debido al contacto de dos o más de sus superficies expuestas a dos temperaturas diferentes.
La velocidad de la transferencia depende de la diferencia de temperatura, el área expuesta y el tipo de material por el que fluye el calor.
Temperatura T2 Temperatura T1
Gradiente de Temperatura
Ing. Francisco Javier Vadillo
Ecuación de Flujo de Calor por conducción simplificada:
Donde: Q Flujo de calor [BTU/h o Watts]
A área de la superficie exterior de la pared [pie2 o m2]
U coeficiente de transferencia de calor [BTU/h·pie2·°F o W/m2·°C ].
R resistencia térmica = 1/U [h·pie2·°F/BTU o m2·°C/W].
T1 y T2 temperaturas entre la pared exterior y la interior del cuerpo, de tal forma que T1 es mayor a T2, en [°F o °C ].
R
TTATTUAQ
)()( 21
21
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Ing. Francisco Javier Vadillo
Ecuación de Flujo de Calor por conducción simplificada:
Los datos de área y temperatura son por lo general fáciles de obtener de planos, condiciones de diseño o mediciones en el sitio.
El valor del coeficiente de transferencia o la resistencia, al depender de los materiales, se obtienen por experimentación y asume condiciones de homogeneidad.
R
TTATTUAQ
)()( 21
21
Ing. Francisco Javier Vadillo
Cálculo del coeficiente de Transferencia de Calor
R = 1/U = x/k = 1/C Donde:
X representa el espesor del material [pulgadas o cm].
k es el coeficiente de conductividad térmica propio del material en [BTU/h·pie2·°F·pulg o W/m2·°C·cm] .
C la conductancia térmica [BTU/h·pie2·°F o W·m2·°C].
Cuando se dispone de varios materiales:
1/U = 1/fi + x/k1 + x/k2 + x/k3 + ... + x/kn + 1/fo
Donde fi y fo son los coeficientes de convección interior y exterior respectivamente cuando aplica.
Aislamiento
Cuando un material posee una baja conductividad térmica “k”, el calor encuentra una mayor resistencia para fluir en el material.
Esto implica un valor U muy pequeño o un valor R muy alto.
A estos materiales se les denomina “aislantes térmicos” y son muy importantes en aplicaciones donde se requiere reducir las ganancias de calor en recintos, ductos o tuberías.
Ejemplo: Aserrín, corcho, madera, fibra de vidrio, plásticos, polietileno, poliuretano, etc.
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Ing. Francisco Javier Vadillo
El aislamiento es muy relevante en la cantidad de calor que puede penetrar al espacio, por ejemplo:
3½ pulgadas de fibra de vidrio (R-11) equivale a:
1 pie de madera (0.305 m)
4½ pies de ladrillo (1.37 m)
10 pies de concreto (3.05 m)
17 pies de piedra (5.08 m)
Aislamiento
Aislamiento Crítico
A mayor espesor de aislamiento, mayor resistencia a la conducción, pero implica un mayor costo de inversión.
En aplicaciones de tuberías, un diámetro mayor de aislamiento reduce la conducción en el material, pero aumenta el valor de U por convección en la superficie por tener un área mayor, aumentando el flujo de calor.
Aislamientos típicos y aplicaciones Cuartos de baja temperatura:
4 a 6 pulg. de poliuretano expandido en superficies. ¾ a 1 pulg aislamiento en tubería de cobre.
Cuartos de media temperatura: 4 a 6 pulg. de polietileno o de 3 a 5 pulg. de
poliuretano en superficies. ½ a ¾ pulg. aislamiento en tubería de cobre.
Aire acondicionado: 1 pulg fibra de vidrio en ductos. 2 a 4 pulg. de fibra de vidrio o ½ a 2 pulg
poliuretano en techos y/o paredes. ½ pulg aislamiento en tubería de cobre. 2 pulg de poliuretano en tuberías de agua fría. 1 a 2 pulg. de fibra de vidrio en tuberías de agua
caliente y/vapor saturado.
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Coeficiente de conductividad térmica “k”
AISLANTES TÍPICOS BTU/h·pie2·°F·pulg W/m2·°C·cm
1 POLIESTIRENO EXPANDIDO 0.20 0.0139
2 POLIURETANO EXPANDIDO PREMOLDEADO 0.16 0.0111
3 POLIURETANO EXPANDIDO APLICADO EN EL SITIO 0.14 0.0097
4 FIBRA DE VIDRIO 0.25 0.0173
5 PLACA VIDRIO CELULAR O LANA MINERAL 0.40 0.0277
6 PLACA DE CORCHO 0.30 0.0208
7 RELLENO: PAPEL PRENSADO Ó PULPA DE MADERA 0.27 0.0187
8 RELLENO: ASERRÍN Ó VIRUTAS 0.45 0.0312
9 RELLENO: LANA MINERAL (ROCA, VIDRIO, ESCORIA) 0.27 0.0187
10 RELLENO: CORTEZA DE PINO 0.26 0.0180
11 RELLENO: FIBRA DE MADERA (MADERA SUAVE) 0.30 0.0208
Coeficiente de conductividad térmica “k” y conductancia térmica “C”
MATERIALES TÍPICOS CONSTRUCCIÓN k
(BTU/h·pie2·°F·pulg)
C
(BTU/h·pie2·°F)
k
(W/m2·°C·cm)
C
(W/m2·°C)
1 LADRILLO COMÚN 5.0 0.3466
2 LADRILLO DE FACHADA 9.0 0.6238
3 CONCRETO MORTERO Ó MEZCLA 5.0 0.3466
4 CONCRETO AGREGADO DE ARENA 12.0 0.8318
5 TABIQUE BARRO HUECO: AGREGADO DE ARENA 3 pulg. 1.25 0.2201
6 TABIQUE BARRO HUECO: AGREGADO DE ARENA 6 pulg. 0.66 0.1162
7 TABIQUE BARRO HUECO: AGREGADO DE ARENA 12 pulg. 0.40 0.0704
8 BLOQUE DE CONCRETO: AGREGADO DE ESCORIA 4 pulg. 0.90 0.1585
9 BLOQUE DE CONCRETO: AGREGADO DE ESCORIA 6 pulg. 1.10 0.1937
10 BLOQUE DE CONCRETO: AGREGADO DE ESCORIA 8 pulg. 0.58 0.1021
11 BLOQUE DE CONCRETO: AGREGADO DE ESCORIA 12 pulg. 0.53 0.0933
12 YESO DE ESTUCAR 1/2 pulg. 3.12 0.5493
13 BARRO BLOQUE HUECO 4 pulg. 0.90 0.1585
14 BARRO BLOQUE HUECO 6 pulg. 0.66 0.1162
15 BARRO BLOQUE HUECO 8 pulg. 0.54 0.0951
Coeficiente de conductividad térmica “k” y conductancia térmica “C”
MATERIALES TÍPICOS CONSTRUCCIÓN k
(BTU/h·pie2·°F·pulg)
C
(BTU/h·pie2·°F)
k
(W/m2·°C·cm)
C
(W/m2·°C)
16 ARCE, ROBLE, MADERAS DURAS SIMILARES 1.10 0.1937
17 ABETO, PINO, MADERAS SUAVES SIMILARES 0.80 0.1408
18 MADERA CONTRACHAPADA 1/2 pulg. 1.60 0.2817
19 MADERA CONTRACHAPADA 3/4 pulg. 1.07 0.1884
20 TECHADO CON ROLLO DE ASFALTO 6.5 0.15 0.4505 0.0264
21 TECHADO INSTALADO EN OBRA 3.00 0.5282
22 TECHADO ASBESTO CEMENTO 4.76 0.8380
23 ESPACIO DE AIRE EN ENTRECIELO 1.00 0.1761
24 PANEL ASBESTO CEMENTO 4.0 0.2773
25 PANEL YESO Y PASTA 1/2 PULG. 0.8 1.25 0.0555 0.2201
26 PANEL PLYWOOD 1/2 PULG 1.60 0.2817
27 VIDRIO DE UNA HOJA 1.13 0.1989
28 VIDRIO DE DOS HOJAS 0.46 0.0810
29 VIDRIO DE TRES HOJAS 0.29 0.0511
30 VIDRIO DE CUATRO HOJAS 0.20 0.0352
31 LOSETA CIELO FALSO 0.035 0.0025
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CONDUCTIVIDAD EQUIVALENTE AIRE EN
MOVIMIENTO C
(BTU/h·pie2·°F)
C
(W/m2·°C)
AIRE TRANQUILO 1.65 0.2905
AIRE EN MOVIMIENTO (7.5 mph) 4.00 0.7042
AIRE EN MOVIMIENTO (15 mph) 6.00 1.0563
CALIBRES, PESOS Y MEDIDAS DE LÁMINA METÁLICA
Ing. Francisco Javier Vadillo
EJEMPLO
Determinar el valor de U y R de una pared construida según el esquema: Pared de ladrillo de obra de 4
pulg. Con repello ambos lados de ½” pulg.
Plancha de corcho de 4 pulg. De espesor
Forro de lámina calibre 24 galvanizada remachada.
SECCIÓN DE CORTE
LÁMINA
CORCHO
LADRILLO
REPELLO
K1=5.0
K2=5.0
K3=0.3
K4=140
Ing. Francisco Javier Vadillo
EJEMPLO Determinar el valor de U:
1/U = 1/fo + x1/k1+ x2/k2 + x3/k3 + x4/k4 + 1/fi
= 15.1896
Entonces U = 1/15.1896
U = 0.066 BTU/h-pie2-ºF
= 1/4+1/5.0+4/5.0+4/0.3+0.0224/140+1/1.65
– = 1/4 + 4/0.3 +1/1.65
– = 14.1896
– Entonces U = 1/15.54
– U = 0.070 BTU/h-pie2-ºF
• ¿Qué pasa si sólo considero el corcho usado como aislante y no el resto de materiales?
– 1/U = 1/fi + x3/k3 + 1/fo
SECCIÓN DE CORTE
LÁMINA
CORCHO
LADRILLO
REPELLO
K1=5.0
K2=5.0
K3=0.3
K4=140
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Ing. Francisco Javier Vadillo
EJEMPLO Si la pared tiene una dimensión de 10 pies de
largo por 8 pies 4 pulg de alto, calcular el flujo de calor para una temperatura interior de 60ºF y una exterior de 100ºF.
– Área = 10 x 8.333 = 83.33 pie2
– DT = 80 – 40 = 40ºF
– Q = 83.33 x 0.066 x 40
– Q = 219.99 BTU/h
Ing. Francisco Javier Vadillo
Flujo de Calor por conducción simplificada radial:
La ecuación del calor vista previamente se utiliza en superficies planas como paredes, pisos, techos, etc.
Cuando la transferencia ocurre del interior de un cuerpo hacia el exterior (en forma radial), como en el caso de tuberías de vapor, agua fría, etc.; la ecuación se modifica para compensar las formas de las superficies curvas al interior y exterior de la tubería de longitud “L”.
r1 r2 r3
Ing. Francisco Javier Vadillo
Flujo de Calor por conducción simplificada radial:
23/2
2
3
2/1
1
2
1
21
1lnln
1
2
1
)(
rhok
r
r
k
r
r
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TTQ
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Impacto de la radiación solar en la conducción de calor de superficies
La radiación solar incide sobre los materiales expuestos a la intemperie en forma directa o difusa, aumentando sus temperaturas.
Depende de la cantidad de luz que absorbe o refleja la superficie.
Colores claros reflejan la mayoría de la energía, mientras que los oscuros la absorben.
La orientación de la superficie también incide en el número de horas de exposición y el ángulo de incidencia de la radiación en una determinada hora del día.
En la ecuación simplificada este efecto se puede tomar en cuenta agregando una cantidad extra a la diferencia de temperatura real entre el material Existen varias aproximaciones para estimar ese efecto
y el uso de programas de computadora han facilitado esta estimación.
Impacto de la radiación solar…
Inercia Térmica de los materiales
Debido a la capacidad de absorber calor de los materiales, el flujo de calor irá aumentando la temperatura gradualmente entre las dos caras de sus superficies.
Esta energía se acumula en el material y produce un retardo en la emisión del calor a los medios circundantes.
Mientras el cuerpo este más frío que los alrededores, absorbe calor; emitiéndolo cuando alcanza una temperatura mayor al ambiente en su superficie.
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Ing. Francisco Javier Vadillo
¿Preguntas?
612 Estimaciones de Carga de Térmica de Enfriamiento.
Estimaciones de Carga térmica. Conceptos y aplicaciones Básicas.
La carga térmica de un local o edificio se puede estimar considerando tres fuentes principales de carga:
Las cargas exteriores por las condiciones climáticas ambientales, la radiación solar y el viento (calor sensible).
Las cargas interiores producidas por los equipos o fuentes de calor por combustión, eléctricos o electrónicos, personas o producto almacenado (calor latente y sensible).
La ventilación o infiltración de aire ambiente al interior del espacio acondicionado (calor latente y sensible).
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Estimaciones de Carga térmica. Conceptos y aplicaciones Básicas.
Condiciones de diseño interiores y exteriores.
Las condiciones de interiores incluyen los valores de temperatura y humedad dentro del espacio acondicionado.
Esto dependerá de las condiciones de confort en aire
acondicionado o de las temperaturas de almacenaje de los productos en refrigeración.
Las condiciones de diseño exteriores corresponderán a las condiciones climáticas del mes y día más caliente del año.
Dependen de la latitud y longitud del lugar.
Cargas o ganancias de calor Metabolismo de seres vivos:
La respiración y procesos metabólicos del ser humano, animales y plantas generan calor sensible y latente (vapor) al ambiente.
Trabajo electro-mecánico El trabajo mecánico genera fricción que se transforma en calor. La potencia consumida por luminarias, motores y resistencias
generan también calor al ambiente. La resistencia de los cables eléctricos disipa calor (efecto Joule).
Combustión y procesos químicos: La combustión en cocinas y hornillas a gas, carbón y aceites. Reacciones químicas endotérmicas o exotérmicas.
Radiación solar y de cuerpos calientes: La luz solar directa, hornos y calderas calientan por radiación las
superficies dependiendo del color (reflectancia) y la temperatura.
Estimaciones de Carga térmica. Conceptos y aplicaciones Básicas.
Existe una diferencia entre aplicaciones de refrigeración y aire acondicionado:
La carga térmica de los cuartos fríos estima el consumo de energía térmica total para enfriar el producto a la temperatura de almacenamiento en un día o menos, es decir, se calcula la carga total en BTU/24h o BTU/día.
La capacidad o potencia del equipo se obtiene al dividir la carga térmica total entre las horas de operación (descontando los tiempos de deshielo).
Valores típicos son: 16 horas deshielo por paro (media temperatura)
20 horas deshielo eléctrico (baja temperatura)
22 horas deshielo por gas caliente (baja temperatura)
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Estimaciones de Carga térmica. Conceptos y aplicaciones Básicas.
En aire acondicionado:
Debido a la inercia térmica, la carga instantánea de calor no corresponde a la cantidad de calor que se necesita retirar para mantener la temperatura constante.
A esto se le conoce como “Carga de enfriamiento” y esta dada en Btu/h o Watts.
Si la carga térmica es principalmente por cargas exteriores, se estima a la hora de mayor carga solar (típicamente entre las 2 y 4 P.M.).
Si la carga térmica es principalmente por cargas internas, depende del horario de operación o salida de las personas.
Carga de enfriamiento en el edificio por efecto solar
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Ganancia de calor instantánea Estructura mediana
Estructura ligera Estructura pesada
Calor almacenado
Carga de enfriamiento en el edificio por efecto de cargas internas
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24ocupado desocupado
Calor almacenado
Calor almacenado removido
Carga de enfriamiento real
Carga instantánea
Carga de enfriamiento si permanece ocupado
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Ing. Francisco Javier Vadillo
MÉTODOS DE CÁLCULO DE CÁRGA TÉRMICA
Existen muchos métodos de estudio de carga térmica en edificios para aplicaciones de refrigeración.
La mayoría de los sistemas profesionales utilizan programas de computadora en los que se simulan las condiciones internas y externas de cargas y brindan valores lo más próximo a las cargas de enfriamientos.
Ing. Francisco Javier Vadillo
El método de la Función de Transferencia (de calor) “T.F.M.”
Utiliza integración de todas las fuentes de calor que entran al espacio acondicionado y la capacidad de almacenar o ceder calor de los materiales de construcción.
Por su alto grado de complejidad requiere de sistemas computarizados para su resolución.
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Ing. Francisco Javier Vadillo
El método de la Diferencia de temperatura equivalente y el tiempo promedio “TETD/TA”
Este método se desarrollo en 1967 y se mantuvo casi sin cambio hasta 1972.
Se utiliza principalmente cuando interesa conocer la carga pico durante un período promedio de tiempo y no para calcular la extracción de calor necesaria.
Ya esta en desuso.
Ing. Francisco Javier Vadillo
El método de la diferencia de temperatura de carga de enfriamiento D.T.C.E. o Método
CLTD-SCL-SC).
CLTD: Cooling Load Temperature Difference
SCL: Solar Cooling Load
CLF: Cooling Load Factor
Constituye un método que se aproxima al TFM por medio de tablas por lo que puede utilizarse sin un computador.
Toma en cuenta el efecto de almacenamiento de calor en las paredes y techos.
Ing. Francisco Javier Vadillo
CLTD-SCL-SC Las tablas se generan utilizando el TFM para
condiciones específicas de latitud, mes y zonas, todas calculadas para el 21 de cada mes.
El método posee tres errores inherentes por las aproximaciones y por el uso del TFM como referencia:
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Ing. Francisco Javier Vadillo
CLTD-SCL-SC. Consideración de errores
1. Se considera que los factores de conducción corresponde a material homogéneo y con respuesta térmica similar.
2. Las tablas y valores se calculan en base a parámetros discretos aplicados a un cuarto rectangular. Cualquier desviación producirá errores difícilmente calculables.
3. Se asume que la carga de enfriamiento de cada zona puede ser calculado simplemente al sumar los componentes individuales de las superficies.
Otras consideraciones: El método no considera la sombra por edificios. Asume cielo despejado y valores fijos de reflectividad
en las calles y aceras.
Ing. Francisco Javier Vadillo
El método de la función radiante de transferencia
Este es el método actualmente avalado por la ASHRAE.
Esta en vigente desde el 2003.
Se requiere el uso de sistemas computarizados para su aplicación.
Cargas o ganancias de calor por fuentes internas:
Calor sensible y latente por personas (ocupación).
Calor sensible por iluminación eléctrica.
Calor sensible y/o latente por equipos electro-mecánicos.
Es necesario conocer los horarios de ocupación o encendido y apagado de los equipos y datos técnicos de potencia o uso.
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Ing. Francisco Javier Vadillo
CARGAS INTERNAS. PERSONAS. El calor generado por las personas depende
de la actividad, vestimenta y a varias condiciones ambientales.
El calor latente (sudor, respiración) constituye una carga de enfriamiento instantánea, mientas que el calor sensible tiene un tiempo de receso al igual que el calor sensible de lámparas y equipos.
En casos de exposición a bajas temperaturas, el cuerpo humano aumenta su metabolismo y genera más calor.
Ing. Francisco Javier Vadillo
CARGAS INTERNAS: PERSONAS.
QPERSONAS = QS + QL
donde QS = No(qs) y QL = No(qL)
No es el número de personas estimadas durante la ocupación del espacio.
qs y qL calor sensible y latente por persona según actividad física.
En el caso de cuartos fríos, el calor depende de la
temperatura del espacio.
Se puede considerar un factor de ocupación en caso de ser requerido.
CARGAS INTERNAS. PERSONAS. CALOR
EQUIVALENTE BTU/H POR PERSONA
TEMPERATURA ESPACIO
REFRIGERADO °F/°C
720 50 10.0
840 40 4.4
950 30 -1.1
1050 20 -6.7
1200 10 -12.2
1300 0 -17.8
1400 -10 -23.3
CARGA TÉRMICA POR ACTIVIDAD FÍSICA POR
PERSONA (HOMBRES ADULTOS)
CALOR
SENSIBLE / LATENTE
Sentado inactivo 225 105
Sentado trabajo ligero 245 155
Parado o caminando 250 250
Trabajo obra de banco 275 475
Bailando (ritmo moderado) 305 545
Trabajo pesado 600 900
Gimnasia 710 1090
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CARGAS INTERNAS: ILUMINACIÓN.
QLUMINARIAS = 3.41W FUFS(CLF)
W la potencia total de las lámparas del mismo tipo
FU es el factor de uso o razón de uso total instalado.
FS es el factor de balastro, se aplica en lámparas fluorescentes o de haluro metálico que están ventiladas o instaladas de tal forma que sólo una parte de su calor va al espacio acondicionado.
Ing. Francisco Javier Vadillo
CARGAS INTERNAS: ILUMINACIÓN.
El Fs influye en la carga de enfriamiento a razón de la carga radiante y convectiva que constituyen la carga total de las lámparas. Las incandescentes tiene por lo general una razón 80% radiante / 20% convectiva, mientras que las fluorescentes es 59% radiante / 41% convectiva.
El valor del FS puede ser: 2.19 para lámparas de 32 W, arranque rápido.
1.18 para lámparas de 40W, balastro para dos.
1.30 para lámparas de 40W, balastro sencillo.
1.00 para lámparas con balastro electrónico.
1.04 a 1.37 para lámparas de sodio.
Ing. Francisco Javier Vadillo
CARGAS INTERNAS: ILUMINACIÓN.
Cooling Load Factor (CLF)
El CLF es un factor para considerar la cantidad de calor que primero deben absorber las paredes y muebles del espacio y el retardo de su emisión.
Valores típicos oscilan entre 0.85 y 1.00
En caso que las luces permanezcan encendidas 24 horas o el tiempo total, el CLF toma el valor de 1.
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CARGAS INTERNAS: EQUIPOS.
QEQUIPO = (QS (CLF) + QL) FU
El factor de QS y QL de tablas 5.5, .6, 5.7, 8.19 y 8.20.
Cuando el equipo esta montado debajo de una campana de extracción, el calor latente se considera nulo.
FU Factor de uso.
CARGAS INTERNAS: EQUIPOS.
Las cargas típicas son por motores eléctricos.
Rango HP de motor BTU/h por HP motor eléctrico Adentro - afuera
1/8 a ½ 4250 2545
½ a 3 3700 2545
3 a 20 2950 2545
Ejercicio Estime las cargas internas del salón de clases.
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Ing. Francisco Javier Vadillo
Cargas o ganancias de calor por ventilación e infiltración.
Es la carga térmica producto del calor del aire que entra o sale de un recinto o edificio.
Infiltración: Aire exterior por rendijas, puertas, ventanas, etc. Por lo general, no hay un control exacto sobre ello y
depende de las diferencias de presión dentro y fuera.
Ventilación: Aire exterior para mantener las condiciones de oxígeno
necesarias según la aplicación. Por lo general, se realiza por medios mecánicos, por lo
que se puede tener un mejor control de los volúmenes de aire ventilados y extraídos.
Ing. Francisco Javier Vadillo
Cargas o ganancias de calor por ventilación e infiltración.
QS = 1.1 CFM (to-ti) .
QL = 0.68 CFM (ωo-ωi)
Donde:
CFM es el volumen de aire en pie3/min.
t es la temperatura de bulbo seco en °F del aire.
ω es la humedad absoluta en gramos de agua/gramos de
aire seco. Esto se obtiene de la tabla psicrométrica.
Algunos requerimientos de aire de ventilación.
APLICACIÓN CFM/PERSONA CFM/PIE2
CAFETERÍAS 20
COCINAS 15
BARES 30-70
ESTACIONAMIENTO CERRADO 1.5
TALLERES MECANICOS 1.5
CUARTOS HOTEL 15
SALONES DE CONFERENCIA 15-20
CASINOS 30-70
OFICINAS 15-20
PASILLOS, BAÑOS PÚBLICOS, VESTIDORES 50
TIENDAS Y AREAS DE VENTAS 15-20
SALONES DE BELLEZA 25
SUPERMERCADOS, FERRETERÍAS. 15
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Algunos requerimientos de aire de ventilación.
APLICACIÓN CFM/PERSONA CFM/PIE2
GIMNASIOS 20
DISCOTECAS 25
BOLERAMAS 25
TEATROS 15-20
ESTUDIOS DE FOTOGRAFÍA 15-20
AREAS DE REVELADO, FOTOCOPIADORAS 15 0.5
AULAS 15
LABORATORIOS 20
BIBLIOTECAS 15
HABITACION DE HOSPITAL 25
SALAS RECUPERACIÓN, CONSULTORIOS 15
SALA DE OPERACIONES 30
SALA AUTOPSIAS 0.5
Ing. Francisco Javier Vadillo
Otras Consideraciones de la carga de enfriamiento térmico
Otros factores a tomar en cuenta son:
El factor de seguridad.
Por lo general de un 5 a 10%.
Futuras ampliaciones. Consideradas desde la etapa de diseño y planeación.
Tablas de Cálculo rápido aproximado.
En la práctica, los cálculos requieren el uso de programas de computadora, una gran cantidad de datos del edificio, los horarios de operación, criterios y supuestos de diseño y tiempo para su proceso.
A pequeña escala o cuando interesa hacer una rápida evaluación de la situación de carga térmica de una aplicación típica, se suelen usar tablas de cálculo aproximadas, aunque su exactitud depende mucho de la experiencia del usuario.
Algunos fabricantes incluyen esta información en sus manuales de equipos o en sus los sitios WEB.
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Aplicación pie2/Ton Aplicación pie2/Ton
Edificios Grandes de Oficinas (exterior) 225 - 275 Iglesias (ton/asiento) 0.04 - 0.06
Edificios Grandes de Oficinas (interior) 300 - 350 Salones de boliche (ton/pista) 1.5 - 2.5
Edificios Pequeños de Oficinas 325 - 375 Motel 400 - 500
Apartamentos (uno o dos cuartos) 350 - 450 Residencia 500 - 700
Salones de Clases 225 - 275 Tiendas de especialidades 175 - 225
Tiendas de Departamento 200 - 250 Supermercados 250 - 350
Cuartos de pacientes de hospitales 250 - 300 Salones de cocteles y tés 150 - 200
Cuarto de huéspedes en hoteles 250 - 300 Centros médicos 250 - 300
Auditorios (ton/asiento) 0.05 - 0.07 Centros de llamadas 150 - 300
Banco (área principal) 200 - 250 Cuartos de cómputo 50 - 153
Fábrica (de precisión) 250 - 300 Restaurantes 100 - 250
Aplicación m2/Ton Aplicación m2/Ton
Edificios Grandes de Oficinas (exterior) 20.9 - 25.548 Iglesias (ton/asiento) 0.04 - 0.06
Edificios Grandes de Oficinas (interior) 27.87 - 32.516 Salones de boliche (ton/pista) 1.5 - 2.5
Edificios Pequeños de Oficinas 30.19 - 34.839 Motel 37.16 - 46.452
Apartamentos (uno o dos cuartos) 32.52 - 41.806 Residencia 46.45 - 65.032
Salones de Clases 20.9 - 25.548 Tiendas de especialidades 16.26 - 20.903
Tiendas de Departamento 18.58 - 23.226 Supermercados 23.23 - 32.516
Cuartos de pacientes de hospitales 23.23 - 27.871 Salones de cocteles y tés 13.94 - 18.581
Cuarto de huéspedes en hoteles 23.23 - 27.871 Centros médicos 23.23 - 27.871
Auditorios (ton/asiento) 0.05 - 0.07 Centros de llamadas 13.94 - 27.871
Banco (área principal) 18.58 - 23.226 Cuartos de cómputo 4.645 - 14.214
Fábrica (de precisión) 23.23 - 27.871 Restaurantes 9.29 - 23.226
Tablas de Cálculo rápido aproximado para Aplicaciones típicas de aire acondicionado.
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Método abreviado de Evaluación de la Carga Térmica
Esta tabla se aplica en climas tropicales para cuando se quiere estimar cargas en locales o áreas pequeñas.
Excepciones: Si área es muy soleada, aumentar 10%.
Cuando existan más de 2 personas, añadir 600 BTU/h por persona adicional.
Si el área es una cocina, agregar 4,000 BTU/h más.
Altura considerada de 3 metros al cielo falso, aumentar la carga proporcionalmente si es mayor.
Centros de cómputo asumir 1,000 BTU/h-m2
Ing. Francisco Javier Vadillo A.
Método abreviado de Evaluación de la Carga Térmica
Para Clima Tropical entre 25°C y 38°C
Área de enfriamiento en m2 BTU/h Estimados Requeridos
10 a 12 8000
12 a 14 9000
14 a 16 10000
16 a 20 12000
20 a 24 14000
26 a 30 18000
30 a 35 21000
35 a 40 24000
40 a 45 27000
45 a 50 30000
Ing. Francisco Javier Vadillo A.
Carga Térmica del Serpentín La carga térmica de enfriamiento de un local no
necesariamente representa el tamaño o la capacidad del equipo de necesario.
En los sistemas 100% recirculado, la carga de enfriamiento si es coincidente.
En los sistemas 100% aire exterior y con mezcla de aire exterior, el serpentín debe extraer el calor latente y sensible extra por la aportación de aire ventilado.
Esto implica una mayor carga térmica a la calculada únicamente en el local.
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Carga Térmica del Serpentín La capacidad de extraer calor del serpentín
cumple la ecuación básica de calor:
Por lo que:
A mayor área del serpentín, más capacidad: Es un factor de su construcción y diseño.
A mayor coeficiente de transferencia, mayor capacidad: Depende de la velocidad del aire pasando por el serpentín y si
posee o no aletas, separación y material.
A mayor diferencia de temperatura, mayor capacidad: Con evaporadores, la temperatura del refrigerante es alrededor de
40 a 45°F, en serpentines con agua fría es alrededor de 45° a 55°F.
)( 21 TTUAQ
Cálculos del aire de suministro Factor de calor sensible y su relación con la carta
Psicrométrica. El SHF (sensible heat factor) o factor de calor sensible
es la relación entre la carga sensible y la carga total de enfriamiento.
Al graficar en la tabla psicrométrica esta condición y conociendo los puntos de inicio y finalización de enfriamiento, se puede definir el proceso que el aire requiere para mantener sus condiciones de diseño.
Del gráfico se estima la carga o capacidad del aire acondicionado requerido.
Ing. Francisco Javier Vadillo
0
3
1
• Ciclo psicrométrico de aire acondicionado con aire mezclado, sin considerar pérdidas por motores
2
Condiciones de suministro Valor típico de 55°F TBS
Condición de temperatura de diseño exterior
Punto de mezcla
Condiciones interiores de
diseño
Carga térmica del serpentín o evaporador
Línea SHF
Carga de enfriamiento del edificio o local.
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Proceso Psicrométrico del aire El valor de temperatura del aire de mezcla entre
el aire de retorno del local y el exterior por ventilación, puede estimarse con la siguiente expresión:
t1 = to(CFMo/CFM1) + t3(CFM3/CFM1)
Donde: t1 es la temperatura de mezcla
El punto “0” corresponde a la temperatura exterior.
El punto “3” corresponde a la temperatura de retorno.
Ing. Francisco Javier Vadillo
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