UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALAFACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICACATEDRATICO: ING. JUVENCIO LOPEZ OVALLEREFRIGERACION Y AIRE ACONDICIONADO

DISEÑO DEL SISTEMA DE REFRIGERACION Y AIRE ACONDICIONAD DEL SALON MAYOR DEL MODULO G, DEL CENTRO UNIVERSITARIO DE

OCCIDENTE, DE LA UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

ALUMNO:MARIO RENE HIPP ALVARADO

CARNE:200730457

FECHA: 5.10.10

MARCO TEORICO Ganancia de calor atreves de barreras.

La carga de calor a través de barreras se calcula con la siguiente ecuación.

Q1= UA (te-ti) (1)

Donde:

Q1 = carga de calor en BTU/HU = Coeficiente de transmisión de calor BTU / h-pie2-°FA= Área neta en pies2

te = temperatura exterior en °Fti = temperatura de diseño interior

Donde U se puede calcular con la siguiente ecuación.

U = 1/∑R (1.1)

∑R= 1f e

+X 1K1

+ 1C

+ 1f i

….

(1.2)

Donde

fe= 6.0 BTU / h-pie2-°Ffi= 1.65 BTU / h-pie2-°F

Ganancia total de calor debida a la radiación solar y a la diferencia de temperaturas en muros

Q=UA (Temp. diferencial Tomada de tabla IX-4) (2)

Q1 = carga de calor en BTU/HU = Coeficiente de transmisión de calor BTU / h-pie2-°FA= Área neta en pies2

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 en BTU/HV´= Volumen de aire en pies3/HV = Volumen de aire en pies3/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 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 de calor debida a la personas.

Factor de figuras (IX-34 y 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 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.

Mp * te + (Md-Mp) ti = Mt (Tt) (13)

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. = (Mp + (Md-Mp)= Md (14)

Mp * he + (Md-Mp) hi = Mt (ht) (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 intercambiadorMt=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 (21)

Materiales

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

Condiciones de comodidad

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

TABLA 1, COEFICIENTES U PARA DISTINTOS 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 Coeficiente CCoeficiente K

Coeficiente U

BTU / h-pie2-°F BTU pulg / BTU / h-

h-pie2-°F pie2-°FLadrillo 4" de espesor comun 1.25 5 0.6358Concreto 6" con repello de yeso de 1/4"     0.648Concreto 28"   12 0.3219Vidrio comun con bastidador de aluminio.     1.54Madera de 2 1/2     0.36

TABLA 2 Temperatura de bulbo seco y humedad relativa ) Formulada por medio de datos del insivumeh.

Referencia Pared

Temp. exterior

Temp. interior

ϴ exterior

ϴ interior

NORTE 1 92.48 76 71% 50%SUR 2 82 76 71% 50%ESTE 3 92.48 76 71% 50%OESTE 4 84 76 71% 50%

PLANOS GENERALES DEL SALON 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, existen 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 Área (ft2) Vecindad Referencia1 685.78 exterior NORTE2 687.57 interior SUR3 253.50 Exterior ESTE4 253.50 interior OESTE

Áreas Proyectadas de columnas de transmisión de calor

ParedColumnas Area (ft2) Vecindad

Referencia

1 4 73.72 exterior NORTE2 4 73.72 interior SUR3 2 17.17 Exterior ESTE4 2 17.17 interior OESTE

Áreas Proyectadas de Vigas de transmisión de calor

Pared Vigas Área (ft2) Vecindad Referencia

1 1 134.30 Exterior NORTE2 1 134.30 interior SUR3 1 36.96 Exterior ESTE4 1 36.96 interior OESTE

Calculo de transferencias 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 era la única con incidencia solar por lo que se calculo la ganancia 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 4” como referencia de un valor aproximado que tendría el ladrillo de 4”. Se determino que la temperatura diferencial es de 17.48, que es la temperatura que aparece en la tabla de 14°F mas la diferencia de la temp exterior y interior con 15°F que es de 3.48°F.

UbicaciónTransferencias de calor BTU/H referencia

Pared 1 7621.58 NORTEpared 2 2622.94 SURpared 3 2656.13 ESTEpared 4 1314.12 OESTE

Columnas y vigas Transferencias de calor BTU/H referencia

Pared 1 1170.509689 NORTEpared 2 401.776781 SURpared 3 287.1532951 ESTEpared 4 139.3948034 OESTE

Pared# de ventanas

Area de Ventanas (ft.)

Transferencias de calor BTU/H

Pared 1 35 198.513 5038.10113Pared 2 18 102.09 943.3116

Referencia

Pared # puertas Area puertas

Transferencias de calor BTU/H

SurPared 2 2 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 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; 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 velocidad del viento, 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

# de ventanas

Perímetro en ventanas Calor Sensible BTU/H

Calor latente BTU/H

Calor total BTU/H

NORTEPared 1 35 1083.26 23714.76 87885.75 111600.51

SURPared 2 18 556.88 1190.83 6248.19 7439.03

Referencia

Pared # puertas

Perimetro en puertas Calor Sensible BTU/H

Calor latente BTU/H

Calor total BTU/H

SurPared 2 2 80.46 469.24 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 # puertas

infiltracion de ap. Calor Sensible BTU/H

Calor latente BTU/H

SurPared 2 2 2.5 16.2 85

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

Personafac. por persona Calor latente BTU/H

300 125 37500.00

Ganancia de calor debida al equipo misceláneo.

Se utilizo la tabla IX-8 ganancia de calor debido al equipo misceláneo considerando

# equipoConsumo de c/e watt

Total Watt.

Calor Sensible BTU/H

Calor latente BTU/H

30 ojos de buey 60 1.8 6145.2  

20lámparas fluorescentes dobles 80 1.6 5462.4  

1 televisión 40" 190 0.19 648.66  1 retroproyector 50 0.05 170.7  1 cafetera eléctrica     3400 2300

10%

del total para imprevistos     1582.696 230

 Totales de calor de miscelánea     17409.656 2530

RESUMEN DE CARGAS DE CALOR.

Ganancia de calor a travez de Calor sensible

Calor latente

Transmisión y efecto solar 22393.12  infiltración 25374.84 96596.02Abertura de puertas 16.2 85Personas 82500 37500Equipo Misceláneo 17409.656 2530Totales 147693.811 136711.02

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 recomendadaFt/min/persona

Aire total de Ventilación por personasFt3/h

300 7.5 135000

CALCULO DE CONDICIONES DEL 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. 2° por debajo de la temperatura del cuarto por cada pie entre el piso y el techo

Consideraremos 56°F de temperatura 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.

Wd´= 38.4hd= 19.5 BTU/LB ϴ=59TBS= 56°FTr=41.5.

CALCULANDO EL FACTOR DE CALOR SENSIBLE.

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 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.

Condiciones que debe tener el equipo de enfriamiento.

Masa Lb

Con circulación

Sin circulació

nCarga de calor BTU/LB

30769.544

485,235.71

876,932.01

humedad a absorber BTU/LB

30769.544

140.66 lb/h

426.38 lb/h