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2 de Cargas Aire Acondicionado UNLZ DE CARGAS BALANCE DE VERANO La de un balance (BT), tiene por objeto evaluar la carga total de calor en un local, discriminada en carga de calor sensible y carga de calor latente. Se establece en primer lugar una posible de acuerdo a la destino y horario de de los ...

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Evaluación de Cargas Térmicas

Aire Acondicionado - UNLZ

EV EVAL AL ALUA UA UACI CI CIÓN ÓN DE C CARG ARG ARGAS AS T TÉRM ÉRM ÉRMIC IC ICAS AS 1.- BALANCE TÉRMICO DE VERANO La realización de un balance térmico (BT), tiene por objeto evaluar la carga total de calor en un local, discriminada en carga de calor sensible y carga de calor latente. Se establece en primer lugar una posible zonificación de acuerdo a la orientación, destino y horario de utilización de los locales. Dentro de cada zona, se efectuará un BT para el o los locales que la componen. En los casos de zona única, se hace un BT que comprenda a todos los locales. Es importante destacar que las zonas pueden o no tener límites físicos. En muchos casos no los tienen. En el siguiente cuadro sinóptico se indican los ítems a considerar en la realización de un BT, explicándose posteriormente como se evalúa cada uno.

EXTERNAS

INTERNAS

  RADIACIÓN     CONDUCCIÓN    AIRE EXTERIOR  

 A) VIDRIOS   B) PAREDES Y TECHOS C) VIDRIOS  D) PAREDES Y TECHOS E) PISOS Y CIELO RASOS  F) INFILTRACIÓN

G) PERSONAS H) MOTORES  I) LUCES J) VARIAS

Es necesario, antes de realizar la evaluación de cada ítem, fijar las condiciones de diseño exterior e interior. Es habitual realizar el BT de un local para los meses de ENERO o FEBRERO pues se presupone que en ese momento las cargas térmicas externas alcanzan un máximo debido a los valores variables de la radiación solar en los distintos meses. En la mayoría de los casos esto último es cierto. De presentarse casos dudosos, deberán realizarse el BT en los demás meses del verano, a diversas horas del día, para establecer el valor de carga máxima. Este será el valor adecuado para la selección del equipo.

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Es de hacer notar, que realizar un BT para diferentes meses y a diferentes horas del día, no significa mucho mayor trabajo, ya que hay elementos comunes para las distintas horas y meses. El mes de cálculo resulta de la combinación de dos factores externos, que son la radiación y la transmisión. Si el local tiene mucha superficie vidriada, será decisiva dentro del BT la carga debida a radiación solar. La carga pico estará casi con certeza, en el mes y hora donde sea máxima la carga por radiación. Se describirán a continuación los pasos necesarios para hacer el BT haciendo referencia a las planillas necesarias. Los datos así obtenidos se consignarán en la HOJA DE CÁLCULO para BT. 1.A.- CONDICIONES EXTERIORES DE DISEÑO: Se establecen en la planilla D1 para la localidad de que se trate. Estas temperaturas son para las 15 hs. de los meses de ENERO y FEBRERO (Ejemplo: Buenos Aires 35ºC bs y 24ºC bh). Para otras horas que no sean las 15 hs. se aplica a los valores de la planilla D1 las correcciones obtenidas de la tabla T2a, a la cual se entra con el rango de VARIACIÓN DIARIA DE TEMPERATURA y con la hora del día para la cual se desea obtener la corrección. Para otros meses que no sean ENERO o FEBRERO se aplica a los valores de la planilla D1, las correcciones obtenidas de la tabla T2b, a la cual se entra con la VARIACIÓN ANUAL DE TEMPERATURA y con la hora del día para la cual se desea obtener la corrección. Ambas correcciones son acumulativas, pudiéndose entonces calcular las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo para cualquier mes y a cualquier hora a partir de las temperaturas de ENERO/FEBRERO a las 15 hs. T (M , H) = D1 + T2a + T2b

1.B.- CONDICIONES INTERIORES DE DISEÑO: Se establecen utilizando la planilla T1. La HOJA DE CÁLCULO (pag. 20) está diseñada para realizar el BT para un mes dado a cinco horas distintas. En el encabezamiento se volcarán las condiciones de base, es decir la del mes de cálculo a las 15 hs. De la localidad de la que se trate para el exterior, y las condiciones exteriores del local según se hayan fijado en el punto anterior. Estas condiciones de base están constituidas por : TEMPERATURA DE BULBO SECO TEMPERATURA DE BULBO HÚMEDO HUMEDAD RELATIVA HUMEDAD ESPECÍFICA O ABSOLUTA

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Se determinan a continuación las superficies y volúmenes de los locales considerados, superficies de vidrios y paredes para cada orientación, superficies de techos, cielo rasos, pisos y tabiques, y se consignan en la hoja de cálculo. 1.B.1.-RADIACIÓN A TRAVÉS DE VIDRIOS Su evaluación se realiza por medio de la planilla G1. Esta planilla suministra la GANANCIA INSTANTÁNEA DE CALOR POR UNIDAD DE TIEMPO Y SUPERFICIE, para ventanas con vidrio horizontal o vertical y marco metálico. Estos valores son para los distintos meses del año, 35 grados de latitud sur, y punto de rocío de 19.4 grados. Para otras condiciones, hay que aplicar las correcciones indicadas en el manual Carrier. La tabla C1 consigna datos sobre atenuación de la ganancia solar debido a protecciones. En resumen se aplica la fórmula : RADIACIÓN POR VIDRIOS  kcal / h = G1 x C1 x Sup (m2) El estudio de sombras se realiza por medio de las planillas S1 y S2. Tiene por finalidad evaluar el porcentaje de superficie vidriada que no está expuesta a la radiación directa para el mes y hora de cálculo. El efecto de sombra se toma en cuenta dividiendo la superficie en dos partes : una que represente la parte de vidrio al sol y la otra, la parte en sombra. A la primera, se la afecta por el valor de radiación según G1. A la segunda, por un valor de radiación indirecta que puede tomarse como 41 kcal/h/m2. 1.B.2.-RADIACIÓN Y CONDUCCIÓN A TRAVÉS DE LAS PAREDES Y TECHOS La evaluación de estos ítems es simultánea. Se aplica la fórmula clásica : CALOR TRANSMITIDO  kcal / h = K x SUP (m2) x Dteq. Donde :

K = coeficiente de transmisión Dteq. = diferencia equivalente de temperatura La diferencia equivalente de temperatura se ha evaluado teniendo en cuenta : a) el espesor de las paredes y/o techos, b) la latitud y orientación de las paredes, c) el color de las superficies, d) un salto de temperatura de 8ºC a las 15 hs. Del mes de enero y una variación diaria de temperatura de 11ºC.

Para otros meses del año, deben utilizarse las correcciones de la tabla T2b. Cuando la variación diaria de temperatura o la diferencia de temperatura a las 15 hs. Sean distintas a las utilizadas para confeccionar las tablas, deberán corregirse los valores obtenidos sumando, con su signo, los valores de la tabla 20 A que se muestra a continuación.

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TABLA 20 A. CORRECCIONES DE LAS DIFERENCIAS EQUIVALENTES DE TEMPERATURA (ºC) Temperatura exterior a las 15 hs. Para el mes considerado menos temperatura interior

VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA EXTERIOR EN 24 h 5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19 20

21

22

21,2 17,2 13,2 -9,2

21,7 17,7 13,7 -9,7

0

-5,0

-5,5

22,3 18,3 14,3 10,3 -6,1

22,8 18,8 14,8 10,8 -6,6

23,3 19,3 15,3 11,3 -7,1

23,8 19,8 15,8 11,8 -7,6

24,2 20,2 16,2 12,2 -8,0

24,7 20,7 16,7 12,7 -8,5

25,1 21,1 17,1 13,1 -8,9

25,6 21,6 17,6 13,6 -9,4

26,0 22,0 18,0 14,0 -9,8

+2

-3,1

-3,6

-4,2

-4,7

-5,2

-5,6

-6,1

-6,6

-7,0

-7,5

-7,9

26,5 22,5 18,5 14,5 10,3 -8,4

27,0 23,0 19,0 15,0 10,8 -8,9

27,4 23,4 19,4 15,4 11,2 -9,3

27,9 23,9 19,9 15,9 11,7 -9,8

+4 +6 +8 +10 +12 +14 +16 +18 +20 +22

-1,1

-1,6

-2,2

-2,7

-3,2

-3,6

-4,1

-4,6

-5,0

-5,5

-5,9

-6,4

-6,9

-7,3

-7,8

28,8 24,8 20,8 16,8 12,6 10,6 -8,6

29,3 25,3 21,3 17,3 13,1 11,1 -9,1

29,8 25,8 21,8 17,8 13,6 11,7 -9,7

0,8

0,3

-0,3

-0,8

-1,3

-1,7

-2,2

-2,7

-3,1

-3,6

-4,0

-4,5

-5,0

-5,4

-5,9

-6,7

-7,2

-7,8

2,8

2,3

1,7

1,2

0,7

0,3

0

-0,7

-1,1

-1,6

-2,0

-2,5

-3,0

-3,4

-3,9

-4,7

-5,2

-5,8

4,7

4,2

3,6

3,1

2,6

2,2

1,7

1,2

0,8

0,3

-0,1

-0,6

-1,1

-1,5

-2,0

-2,8

-3,3

-3,9

6,8

6,3

5,7

5,2

4,7

4,3

3,8

3,3

2,9

2,4

1,8

1,3

0,8

0,4

-0,1

-0,7

-1,2

-1,8

8,8

8,3

7,7

7,2

6,7

6,3

5,8

5,3

4,9

4,4

3,8

3,3

2,8

2,4

1,9

1,3

0,8

0,2

10,8

10,3

9,7

9,2

8,7

8,3

7,8

7,3

6,9

6,4

5,8

5,3

4,8

4,4

3,9

3,3

2,8

2,2

12,8

12,3

11,7

11,2

10,7

10,3

9,8

9,3

8,9

8,4

7,8

7,3

6,8

6,4

5,9

5,3

4,8

4,2

14,8

14,3

13,7

13,2

12,7

12,3

11,8

11,3

10,9

10,4

9,8

9,3

8,8

8,4

7,9

7,3

6,8

6,2

16,9

16,4

15,8

15,3

14,8

14,4

13,9

13,4

13,0

12,5

11,9

11,4

10,9

10,5

10,0

9,4

8,9

8,3

-16 -12 -8 -4

Los valores de K se obtienen de las tablas C2 y C3 y los de Dteq de las tablas T3 y T5. Para los casos de transmisión a través de cielo rasos, tabiques, medianeras y pisos a locales no acondicionados, como se desconoce la temperatura en esos ambientes, se considera que la diferencia de temperatura entre estos y el local que nos interesa, es de 3ºC menos que entre el exterior y el local para el mes y hora de cálculo. 1.B.3.- CONDUCCIÓN A TRAVÉS DE VIDRIOS Esta carga, que se transmite en forma inmediata, se evalúa por la fórmula : 2 CALOR TRANSMITIDO  kcal / h = K x Sup (m ) x DT

donde el valor de K se obtiene de las tablas C2 y C3 y la diferencia de temperatura DT es la que existe entre el exterior y el interior para el mes y hora de cálculo. Si los vidrios de las ventanas son todos de las mismas características , la superficie es la de todas las ventanas, y la operación se hace una sola vez. Caso contrario, deberán agruparse vidrios similares. 1.B.4.- CONDUCCIÓN A TRAVÉS DE PISOS Las ganancias de calor a través de pisos en contacto con la tierra no se consideran en un balance térmico de verano.

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1.B.5.-INFILTRACIONES La carga de calor sensible del aire exterior por infiltración se obtiene mediante la fórmula : CALOR SENSIBLE  kcal / h = 0,29 x CAUDAL x DT El caudal de infiltración se obtiene de las tablas D4a y D4b. DT es la diferencia de temperatura entre el exterior y el local para el mes y hora de cálculo. La carga de calor latente del aire exterior por infiltración se obtiene mediante la fórmula : CALOR LATENTE  kcal / h = 0,71 x CAUDAL x DG La DG es la diferencia de humedad específica entre el exterior y el local para el mes y hora de cálculo. En la mayoría de las instalaciones de confort, los locales están presurizados. Por tal motivo no se tienen en cuenta este tipo de cargas en el BT de verano para las ventanas. 1.B.6.- PERSONAS Para obtener el calor producido por las personas, se multiplica el número de éstas por el valor correspondiente de calor sensible latente que se obtiene de la tabla D2 en función de la actividad y temperatura del local. 1.B.7.- MOTORES ELÉCTRICOS En el caso que hubiese cargas internas por motores eléctricos, se multiplican los HP por el valor 632 y se lo afecta por la diferencia al del rendimiento, debiendo tenerse en cuenta los factores de uso y simultaneidad. 1.B.8.- LUCES El calor sensible aportado por la iluminación, se computa multiplicando el valor total de los watts por 0,86 y por, para lámparas fluorescentes, 1,25 según la tabla D2. 1.B.9.- VARIAS Para otros tipos de cargas tales como mecheros, hornos, computadores etc., se deberá determinar su disipación consultando al fabricante y/o consultando tablas para tal fin (Carrier, tablas 50 a 52). 1.C. Valor de Calor sensible y latente para la selección del Equipo : Con la evaluación de las cargas internas y externas se está en condiciones de determinar el calor sensible del local (CSL) y del calor latente del local (CLL) haciendo las respectivas sumatorias de los valores parciales calculados. Al valor de la sumatoria de las ganancias sensibles hay que afectarlo de un coeficiente de “seguridad” ya que en una instalación real hay fugas de aire de los conductos, ganancias de calor a

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través de las paredes de los conductos, y porque en general el motor del ventilador se encuentra en la corriente de aire. Mantener condiciones de confort no solo significa controlar la temperatura y humedad del local, sino también que el aire no se encuentre viciado. Es por ello que en casi todas las instalaciones se renueva parte del aire que se hace circular mezclándolo con aire fresco del exterior. Esto provoca una carga adicional para el equipo, ya que el mismo debe ser enfriado y deshumidificado desde las condiciones exteriores hasta las interiores. La cantidad de aire exterior de ventilación que será necesaria incorporar se puede calcular a partir de los datos de la planilla ST1. El calor sensible del aire exterior (CSAE) y el calor latente del aire exterior (CLAE) se calculan mediante las fórmulas : CSAE = 0,29 x CAUDAL AIRE EXT. X DT CLAE = 0,71 x CAUDAL AIRE EXT. X DG donde DT y DG son las diferencias de temperatura y humedad específicas entre el exterior y el interior para el mes y hora de cálculo.

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2.- BALANCE TÉRMICO DE INVIERNO Se determinan las condiciones exteriores de cálculo según la localidad de que se trate. Como condición interior se adopta usualmente 20/22 C. En las instalaciones de confort no suele controlarse la humedad relativa, trabajándose en consecuencia con las temperaturas de bulbo seco. La marcha del BT de invierno es similar a la de verano, pudiéndose utilizar las mismas superficies y coeficientes de transmisión. En el cálculo de invierno no se consideran los siguientes factores : radiación solar, personas, luces, motores, varias. En cambio, deben considerarse la infiltración por ventanas y puertas (tabla D3). Para calcular la transmisión a través de pisos, tabiques, cielorasos, etc., a locales no acondicionados se considera que la diferencia de temperatura es la mitad que la existente entre el exterior e interior. Sumando las pérdidas de calor sensible del local y las del aire exterior de ventilación se obtieen la carga de invierno.

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ALTURA S/NIVEL DEL MAR

CIUDAD

METROS

TEMPERATURAS EXTREMAS MÁX. MÍN.

Aire Acondicionado - UNLZ

TEMPERATURA DE CÁLCULO ºC VERANO BS BH

INVIERNO BS BH

BUENOS AIRES

30

39,0

-1,7

35,0

24,0

0,0

-0,6

CATAMARCA

460

42,0

-3,3

39,4

25,0

-1,7

-2,2

COMODORO RIVADAVIA CÓRDOBA

60

36,0

-4,0

29,0

18,0

-0,6

-1,1

360

41,0

-7,8

39,0

25,0

-4,0

-4,4

CORRIENTES

60

40,0

1,1

38,0

25,6

5,0

4,4

FORMOSA

60

42,0

1,7

39,0

28,0

5,6

5,0

1200

38,0

-1,1

33,0

25,0

1,1

0,0

MAR DEL PLATA

15

38,3

-2,2

33,0

22,0

0,6

-0,6

MENDOZA

700

40,6

-6,0

38,0

23,0

-5,0

-5,6

PARANÁ

60

40,0

-0,6

36,7

26,0

1,7

1,1

POSADAS

120

38,0

-6,0

38,3

28,0

1,7

0,6

RESISTENCIA

60

40,0

1,1

38,0

25,6

5,0

4,4

ROSARIO

30

39,4

-4,4

37,0

25,6

-0,6

-1,7

SALTA

900

37,0

-0,5

34,0

24,4

-4,0

-4,4

SAN CARLOS DE BARILOCHE SAN JUAN

850

31,0

-8,0

27,0

16,7

-4,4

-5,0

600

42,0

-6,0

39,0

25,0

-4,0

-4,4

SAN LUIS

700

40,0

-8,0

36,0

23,0

-4,0

-4,4

SANTA CRUZ

15

30,6

-11,0

27,0

15,6

-6,7

-7,2

SANTA FÉ

300

40,0

-0,6

36,7

26,0

1,7

1,1

180

44,0

-5,6

42,0

28,0

-2,2

-3,0

420

39,4

-3,0

37,0

26,0

-0,6

-1,1

JUJUY

SANTIAGO ESTERO TUCUMÁN

DEL

TABLA D1

CONDICIONES EXTERIORES DE CÁLCULO 15 HS. ENERO Y FEBRERO

10

...