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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
PRESURIZACION DE AMBIENTES.DISEÑO DE DUCTOS
DISEÑO DE TUBERIASSELECCIÓN DE EQUIPOS - CHILLERS, TORRES Y BOMBAS
ING. MANUEL AZAHUANCHE ASMAT
28 Junio 2014
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PRESURIZACION
PRESURIZACION = CALCULAR EL CAUDAL Q NECESARIO QUE PASE POR LAS
ABERTURAS PARA MANTENER LA DIFERENCIA DE PRESIONES ∆∆∆∆P
Pp
∆∆∆∆P = P - p
Q
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FORMULAS DE PRESURIZACION
=Q Flujo de aire (CFM)
=C Coeficiente de flujo (0.6 –0.7)
=A Area del flujo ó área de fuga ( 2ft )
=∆P Diferencia de presión entre ambientes contiguos (in.w); Esta
diferencia de presión varia dentro del siguiente rango: 0.05
y 0.08 Pulgadas de columna de agua.
=ρ Densidad del aire del lado de mayor presión ( 3pie
Lb)
ρP
ACQ∆××××= 2
776
ρP
AQ∆×××= 2
4.504
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DISEÑO DE DUCTOS
Diseñar un ducto significa hallar las dimensiones de su seccióntransversal tal que sea capaz de transportar adecuadamente un ciertoflujo de aire.
h
b
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DISEÑO DE DUCTOS
Para el diseño de ductos se debe tener presente dos parámetros importantescomo factores determinantes, la caída de presión estática por unidad de longituddel ducto y la velocidad del aire a través del ducto.
CAIDA DE PRESION ESTATICAEs recomendable que los ductos se diseñen con una caida de presion estatica
maxima de 0.1 mmc.a/m.
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VELOCIDADES RECOMENDADAS PARA EL FLUJO DE AIRE
DESIGNACIÓN RESIDENCIAS COLEGIOS, TEATROS, EDIFICACIO NES PUBLICAS
EDIFICACIONES INDUSTRIALES
Tomas de aire exterior. 500 500 500
Filtros 250 300 350
Serpentines de calefacción 450 500 600
Serpentines de enfriamiento 450 500 600
Lavadores de aire 500 500 500
Salidas de ventiladores 1000 – 1600 1300 – 2000 1600 – 2400
Ductos Principales 700 – 900 1000 – 1300 1200 – 1800
Ductos secundarios 600 600 – 900 800 – 1000
Montantes 500 600 – 700 800
DESIGNACIÓN RESIDENCIAS COLEGIOS, TEATROS, EDIFICACIO NES PUBLICAS
EDIFICACIONES INDUSTRIALES
Tomas de aire exterior. 800 900 1200
Filtros 300 350 350
Serpentines de calefacción 500 600 700
Serpentines de enfriamiento 450 500 600
Lavadores de aire 500 500 500
Salidas de ventiladores 1700 1500 – 2200 1700 – 2800
Ductos Principales 800 – 1200 1100 – 1600 1300 – 2200
Ductos secundarios 700 – 1000 800 – 1300 1000 – 1800
Montantes 650 – 800 800 – 1200 1000 - 1600
VELOCIDADES MAXIMAS (FPM)
VELOCIDADES RECOMENDADAS (FPM)
TABLA 28 : VELOCIDADES MÁXIMAS Y MINIMAS RECOMENDADAS PARA SISTEMAS CONVENCIONALES
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FORMULAS PARA EL DISEÑO DE DUCTOS
Densidad del aire en función de la temperatura
28.6563012.24
798.8488
+×=
Taireρ
3m
Kg..........(E-99)
Donde: [ ]CT °=
Viscosidad absoluta del aire en función de la tempe ratura.
810)5.4730,1( −××+= Taireµ [Kg / m.s] .........(E-100)
Viscosidad cinemática del aire
ρµυ =aire [m2 / s] .........(E-101)
Diámetro mínimo del ducto
max24min
V
QD×
×= π [Pulg] ; .........(E-102)
Donde: ][CFMQ =
; ][max FPMV =
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Número de Reynolds
w
DV
υminmaxRe
×= ...........................(E-103)
]/[max smV = ; ][min mD = ; ]/[ 2 sm=υ
Cálculo del factor de fricción mediante la formula de
Colebrook (formula iterativa)
×+
××−=
fDLog
f Re
51.2
min7.3102
1 ε ...................(E-104)
Donde: ][mmε ; ]min[ mmD ; Despejando f tenemos:
2
Re
51.2
min7.3102
1
×+
××−
=
fDLog
fε ...............(E-105)
Con la formula anterior el factor f
se calcula por iteraciones sucesivas.
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Diámetro equivalente
Es el diámetro circular equivalente que genera la misma caída de
presión transportando el mismo flujo de masa.
[ ]m
L
pg
QfDeq .............
85 2
2
∆××
××=π
...............(E-106)
Geométricamente:
( )( )
82
5
3.1hb
hbDeq
+××= [Pulg] ...............(E-107)
( )
h
hbDeq
b
5/84/1
3.1
+×
= [Pulg] ...............(E-108)
Por lo tanto las dimensiones del ducto serán b” x h”
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HOJA EXCEL PARA EL DISEÑO DE DUCTOS
TRAMO
CAUDAL
(CFM)
TEMPERATURA
DEL AIRE
(°C)
LONGITUD
DEL
TRAMO
[m]
V(max)
recomendada
[ FPM]
(∆∆∆∆ P/L)
[mmH2O/m ducto]
RUGOSIDAD
DEL
DUCTO
ε(mm)
DENSIDAD
DEL AIRE
ρ(Kg / m³)
SUMINISTRO
Tramo 1 2,756 cfm 12 °C 1.97 m 1,200 fpm 0.1 0.09 1.239
Tramo 2 2,756 cfm 12 °C 0.31 m 1,200 fpm 0.1 0.09 1.239
Tramo 3 2,028 cfm 12 °C 0.93 m 1,200 fpm 0.1 0.09 1.239
Tramo 4 1,378 cfm 12 °C 2.62 m 1,200 fpm 0.1 0.09 1.239
Tramo 5 650 cfm 12 °C 0.97 m 1,200 fpm 0.1 0.09 1.239
Tramo 6 650 cfm 12 °C 1.16 m 1,200 fpm 0.1 0.09 1.239
Tramo 6 650 cfm 12 °C 0.71 m 1,200 fpm 0.1 0.09 1.239
PERDIDAS PRIMARIAS EN LOS DUCTOS DE CONTROL DE CALI DAD
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DISEÑO DE DIFUSORES Y REJILLAS(Utilizar Catálogos de Selección del Fabricante)
²).......(144
PuglV
QS
×=
=Q Caudal del difusor o rejilla en CFM.
=V Velocidad del aire en el difusor o rejilla en FPM.
Es recomendable que =V [300 a 400] FPM.
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DISEÑO DE TUBERIAS PARA AGUA HELADA
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PARAMETROS RECOMENDADOS PARA EL DISEÑO DE TUBERIAS
VELOCIDAD DEL AGUALa velocidad máxima que se debe considerar para el diseño de tuberías es 2.1 m/s
CAIDA DE PRESION ESTATICALa caída de presión estática debe estar comprendida entre:
[ ]
−ft
ft..
10041 [ ]
−m
acmm ....4010 [ ]
−m
Pa..400100
RUGOSIDAD DE LA TUBERIATabla 2, capitulo 2: Ashrae 2001 fundamentals Handbook
Material ( )ftε
Tuberías lisas comerciales de bronce, plomo, cobre ó plástico. 0.000005
Acero y hierro forjado 0.00015
Acero ó fierro galvanizado 0.0005
Hierro fundido 0.00085
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DESMOSTRACION DEL FACTOR 2.4 GPM/TON
TEMPERATURA DEL AGUAEl agua es suministrada por los equipos enfriadores de agua (CHILLERS), a una temperatura de 44 F ó 45 F, es decir, aproximadamente a una temperatura de 7 C.
PROPIEDADES TERMODIMAMICAS DEL AGUA A 7 C
CALOR ESPECIFICO
°×=
CKgKcal
Ce .......1
=3
38612997m
Kg.aguaρDENSIDAD
TCeQ m ∆××=°
VARIACION DE TEMPERATURA: C.FT °=°=∆ 56510
ρ×=°°
Vm
∆××=
°
TCe
QV
ρ
=
==hr
kcalhrBtu
TonQ 3024120001 =
=
××=
°
hrm
.
..
V3
5457470
8110
138612997
3024
ECUACIONES
DEMOSTRACION:
2.4 GPM/TON
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FORMULAS PARA EL DISEÑO DE TUBERIAS
)c(t....mkg
.....t.t..w °
××−××+= −−3
233 1075743101439318997ρDENSIDAD
Para temperaturas entre 30 F y 100 F
VISCOSIDAD ABSOLUTA( )sCentipoiset
w...0164.0317.2 ......×−=µ
Para temperaturas entre 100 F y 212 F
××−=
sm
kgtw
...1000
0035.0027.1......µ
×=
×=
×=
spieLb
.sm
kg.
hmkg
.centipoise 00067200010631
........[m2 / s]w
ww ρ
µυ =VISCOSIDAD CINEMATICA
)mm.....(VQ
Dmax
min ×××=
π4
1000DIAMETRO MINIMO
w
DV
υminmaxRe
×=NUMERO DE REYNOLS
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FACTOR DE FRICCION
×+
××−=
fDLog
f Re
51.2
min7.3102
1 ε
2
Re
51.2
min7.3102
1
×+
××−
=
fDLog
fε
[ ]m
L
pg
QfDeq .............
85 2
2
∆××
××=π
DIAMETRO EQUIVALENTE
DIAMETRO INTERNO Valor de tablas
( )
×
×=sm
.........D
QV
i
f2
6
4
10πVELOCIDAD FINAL
( )w
iff
DV
υ×
=ReNUMERO DE REYNOLS FINAL
FACTOR DE FRICCION FINAL
( )
2
Re
51.2
7.3102
1
×+
××−
=
fDLog
fi
fε
CAIDA DE PRESION ESTATICAiDg
Vf
L
p f
×××
=
∆2
2
( )
tuberiam.m
........OH
2
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HOJA DE CALCULO EN EXCEL PARA EL DISEÑO DE TUBERIAS
MONTANTE M1 CAPACIDADTEMPERATURA
DEL AGUA(°C)
LONGITUDDEL
TRAMO[m]
Variacion deTemperatura
[∆T °F]Aire Acondicionado = 10°F
Calefaccion = 20°F
CAUDAL(GPM)
CAUDAL
(m³/s)
V(max)recomendada
[ m/s ]
Caida de Presión
∆p/L(mm.agua/m)
RUGOSIDADDE LA
TUBERIA
ε(mm)
TRAMO 1 6.00 Tons 6.67 °C 22.74 10 °F 14.40 GPM 0.00090828 m³/s 2.1 40 0.046
TRAMO 2 46.00 Tons 6.67 °C 0.76 10 °F 110.38 GPM 0.00696345 m³/s 2.1 40 0.046
TRAMO 3 66.00 Tons 6.67 °C 3.49 10 °F 158.37 GPM 0.00999104 m³/s 2.1 40 0.046
TRAMO 4 81.00 Tons 6.67 °C 1.00 10 °F 194.36 GPM 0.01226173 m³/s 2.1 40 0.046
TRAMO 5 85.00 Tons 6.67 °C 2.86 10 °F 203.96 GPM 0.01286725 m³/s 2.1 40 0.046TRAMO 6 100.00 Tons 6.67 °C 7.61 10 °F 239.95 GPM 0.01513794 m³/s 2.1 40 0.046
CONDENSACION 1,169 MBTUH 35.00 °C 60.0 10 °F 233.80 GPM 0.01475004 m³/s 2.1 40 0.046
SISTEMA DE AGUA HELADATuberias 31.76 PiesFan Coil 15.00 Pies
Difusor de Succion 1.00 PiesVálvula Multiproposito 4.00 Pies
Chiller 18.00 Pies
Varios 10.00 Pies79.76 Pies
Eficiencia de la Bomba 45%Potencia de la Bomba 9.1 HP
SISTEMA DE CONDENSACIONTuberias 31.84 PiesDifusor de Succion 1.00 PiesVálvula Multiproposito 4.00 PiesChiller 12.00 PiesVarios 10.00 Pies
58.84 PiesEficiencia de la Bomba 45%Potencia de la Bomba 7.7 HP
DISEÑO DE TUBERIAS (DIMENSIONAMIENTO, PERDIDAS PRIM ARIAS Y SECUNDARIAS)
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TABLA 33 : Dimensionamiento de tuberías de agua helada
TUBERIA0 0.5 0 1.2 1/2"Φ
0.5 1.5 1.2 3.6 3/4"Φ1.5 3 3.6 7.2 1"Φ3 6.5 7.2 15.6 1 1/4"Φ
6.5 10 15.6 24 1 1/2"Φ10 19.5 24 46.8 2"Φ
19.5 31 46.8 74.4 2 1/2"Φ31 55.5 74.4 133.2 3"Φ
55.5 113.5 133.2 272.4 4"Φ113.5 178 272.4 427.2 5"Φ178 257.5 427.2 618 6"Φ
257.5 462.5 618 1110 8"Φ462.5 736 1110 1,766.40 10"Φ736 1051.5 1766.4 2,523.60 12"Φ
1051.5 1277.5 2523.6 3,066.00 14"Φ
TUBERIAS DE AGUA HELADA (2.4 GPM / Ton)TONS GPM
TABLA PARA DISEÑO DE TUBERIAS
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GRAFICO SOLUCION
AB
F
G
C D E
M
H
L I
K
J
N
OP
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SELECCIÓN DE CHILLERS
Leaving Condenser Water TemperatureEs la Temperatura del agua de salida del condendador, generalmente es 95 F.
Leaving Cold Water Temperatura (LCWT)Es la Temperatura del agua de salida del evaporador , generalmente es 45 F.
Capacidad del Chiller.Es calculado psicrometricamente, en pasos anterioes( Ejm. . 68.3 tons )
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CATALOGO DEL CHILLER
Flujo de agua de la torre
78.4
95.0
45.0 1169
64.4
Capacidad solicitada 68.3 tons
Capacidad Catalogo 78.4 tons
45.0
45.0 57.6
GPM torre= MBH x 2 / RANGO
GPM torre= 1169 x 2 / 10 = 232.4
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SELECCIÓN DE TORRES DE ENFRIAMIENTO
Caudal de Agua: 232.4 GPM
Temp. de bulbo humedoTBH : 78 F
Rango : 10 F( 95 /85 ) F
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CATALOGO TORRE DE ENFRIAMIENTO
Toneladas
Nominales 95/85 95/85 100/85 105/90 95/85 100/85 105/90 95/85 100/85 105/90
70 °F 75 °F 75 °F 75 °F 78 °F 78 °F 78 °F 80 °F 80 °F 80 °F
FXT-6 6 32 24 17 27 18 13 23 13 9 20
FXT-7.5 8 40 30 21 34 23 16 29 17 12 25
FXT-11 11 58 44 31 49 33 23 42 25 17 37
FXT-16 16 80 61 46 67 48 37 59 39 31 53
FXT-20 20 99 76 58 84 60 47 74 49 38 66
FXT-26 26 128 99 75 109 78 60 95 63 50 86
FXT-30 30 148 113 86 126 90 70 110 73 58 99
FXT-33 33 163 125 95 138 99 77 121 80 63 107
FXT-38 38 186 143 110 158 114 89 139 93 74 125
FXT-42 42 205 158 121 175 126 98 153 103 81 138
FXT-47 47 228 177 135 195 141 110 171 115 91 154
FXT-58 58 283 219 167 241 174 136 212 142 113 191
FXT-68 68 330 255 196 281 204 160 248 166 133 223
FXT-74 74 345 272 214 298 222 178 265 184 150 241
FXT-87 87 405 320 252 350 261 209 312 217 176 284
FXT-99 99 461 364 286 399 297 237 355 246 200 323
FXT-115 115 542 425 332 467 345 274 414 285 230 376
SELECCIÓN de MODELOS de TORRES de ENFRIAMIENTOMARCA BALTIMORE
MODELO FXT
Modelo
(Capacidad en galones EEUU por minuto mostrada en l as condiciones de temperatura(°F) en agua caliente/agua fría/bulbo hú medo)
A efectos de diseño consideramos un RANGO=10°F (95° F/85°F) y una
temperatura de bulbo húmedo de Lima de 78°F.
Flujo de agua de la torre :
GPM....GPM torre 423210
21169 =×=×=RANGO
2MBH
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SELECCIÓN DE BOMBAS
El chiller seleccionado es de 78.4 tons, le corresponde 188.16 GPM.Utilizaremos 189 GPM para la selección de las bombas
Según los calculos en la ruta critica del sistema de tuberias la caida de presion es 80 Pies .
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SELECCIÓN DE LA BOMBA
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CURVAS DE LAS BOMBAS Y DEL SISTEMA
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REPORTE PARA ESPECIFICACIONES
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ISOMETRICO DE SALA DE MAQUINAS
SISTEMA SECUNDARIO02 BOMBAS
624 GPM - 20HP c/u.
SISTEMA PRIMARIO02 BOMBAS
624 GPM - 10HP c/u.
CHILLER #2136.5 TONS.
CHILLER #1136.5 TONS.
CON VARIADOR DE FRECUENCIA
HACIA DRENAJE
6"Ø
6"Ø
6"Ø
6"Ø
5"Ø
5"Ø
5"Ø
5"Ø
5"Ø
5"Ø
6"Ø
6"Ø
6"Ø
6"Ø
6"Ø
5"Ø
6"Ø
6"Ø
6"Ø6"Ø
6"Ø
TANQUE SEPARADOR DE AIRE
5"Ø
1.6 m. (mínimo)
1.6 m. (mínimo)
8"Ø
8"Ø
8"Ø
8"Ø
1.0 m. (mínimo)
2.0 m.(mínimo)
4"Ø
4"Ø
4"Ø
4"Ø
5"Ø
5"Ø
5"Ø
5"Ø
5"Ø
SENSOR DIFERENCIALDE PRESION
5"Ø
6"Ø
6"Ø
6"Ø
6"Ø
6"Ø
6"Ø6"Ø
HACIA SISTEMA
6"Ø
6"Ø
6"Ø
TANQUE DE EXPANSIONCERRADO
TABLERO ELECTRICO
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MATERIALIZACION DE LA SALA DE MAQUINAS
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ESQUEMA DE SISTEMA DE BOMBEO
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PARA DECIR CON ORGULLO QUE UNO ES UN ESTUDIANTE O
PROFESIONAL UNI.
NO ES SUFICIENTE ESTAR ESTUDIANDO O HABER ESTUDIADO
EN LA UNI.
SI NO MERECERLO